Ảnh hưởng của thay đổi độ cứng kết cấu do mất ổn định cục bộ đến chuyển vị của khung thép nhẹ dùng thanh thành mỏng khi tính toán theo eurocode3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC C O NGUYỄN HOÀNG DUY ẢN ƢỞNG CỦ T Y ĐỔI ĐỘ CỨNG KẾT CẤU DO MẤT ỔN ĐỊNH CỤC BỘ ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA KHUNG THÉP NHẸ DÙNG THANH THÀNH MỎNG KHI TÍNH TỐN THEO EUROCODE3 Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN T ẠC SĨ Ỹ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS PHẠM VĂN Đà Nẵng - Năm 2018 ỘI LỜI C M ĐO N Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi nghiên cứu, hướng dẫn GS.TS Phạm Văn Hội Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng Duy MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cơ sở khoa học .1 Kết đạt đƣợc Cấu trúc luận văn: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Kháỉ niệm thành mỏng 1.1.2 Phạm vi ứng dụng kết cấu thành mỏng 1.1.3 Ƣu, khuyết điểm kết cấu thành mỏng 1.1.4 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội 1.1.5 Một số đặc điểm đặc biệt thành mỏng 10 1.2 VẬT LIỆU 10 1.2.1 Thép 10 1.2.2 Tiết diện tạo từ thép mỏng 13 1.2.3 Vấn đề phòng gỉ 14 1.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THANH THÀNH MỎNG 16 1.4 QUY PHẠM THIẾT KẾ KẾT CẤU THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI .18 1.5 CÁC KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM .19 1.6 MỘT SĨ HÌNH ẢNH VỀ VIỆC ÚNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG 19 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 22 2.1 ĐẠI CƢƠNG 22 2.1.1 Phƣơng pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn .22 2.1.2 Một số định nghĩa tính toán cấu kiện thành mỏng 23 2.2 CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG .24 2.2.1 Các dạng ổn định 24 2.2.2 Mất ổn định cục bộ, bề rộng hiệu 26 2.2.3 Tính tiết diện hiệu 29 2.3 KIỂM TRA TIẾT DIỆN THEO ĐIỀU KIỆN BỀN .34 2.3.1 Tiết diện chịu kéo 34 2.3.2 Tiết diện chịu nén 34 2.3.3 Tiết diện chịu uốn .35 2.3.4 Tiết diện chịu nén – uốn đồng thời 36 2.3.5 Tiết diện chịu kéo - uốn đồng thời .36 2.3.6 Tiết diện chịu cắt 37 2.3.7 Tiết diện chịu đồng thời lực dọc, lực cắt momen uốn .37 2.4 KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH 38 CHƢƠNG TÍNH TỐN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG .44 3.1 CÁC THƠNG SỐ CỦA CƠNG TRÌNH 44 3.1.1 Vật liệu 45 3.1.2 Tải trọng tính toán 45 3.3 KẾT QUẢ NỘI LỰC .48 3.4 TÍNH TIẾT DIỆN HIỆU QUẢ CỦA KHUNG THÉP 48 3.4.1 Xác định đặc trƣng hình học tiết diện 2C300x100x30x2 .49 3.4.2 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền 64 3.4.3 Kiểm tra cấu kiện theo điều kiện ổn định 66 3.4.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng tiết diện giảm yếu tơi độ cứng khả chịu lực khung 69 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ T ILUẬN VĂN T HẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH Tên đề tài: ẢN ƢỞNG CỦ T Y ĐỔI ĐỘ CỨNG KẾT CẤU DO MẤT ỔN ĐỊNH CỤC BỘ ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA KHUNG THÉP NHẸ DÙNG THANHTHÀNH MỎNG KHI TÍNH TỐN THEO EUROCODE3 Học viên: NGUYỄN HỒNG DUY Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08, Khóa 33, Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Hiện kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội đƣợc sử dụng nhiều sử dụng vật liệu cƣờng độ cao, trọng lƣợng thép ít, thi cơng nhanh, dễ dàng khơng cần máy móc thiết bị thi cơng lớn, tiết kiệm vật liệu móng Bản chất thành mỏng tính nội lực chuyển vị thƣờng tính theo tiết diện ban đầu Thực chất phần tiết diện bị ổn định cục nên độ cứng khung giảm đi, chuyển vị khung tăng lên quy luật phân bố nội lực thay đổi Nội dung luận văn tính nội lực, chuyển vị theo tiết diện ban đầu, xét khả ổn định cục cánh hay bụng tiết diện, tính tiết diện hiệu cấu kiện dầm, cột tính lại nội lực chuyển vị để so sánh Từ khóa – thép thành mỏng tạo hình nguội; ổn định cục bộ; tiết diện hiệu quả; nội lực chuyển vị effects of changes stiffness structure tobe local unstability to transposition of light steel frame use bar thin wall when calculate according to the Eurocode Summary: At present, the structural cold-formed thin-walled steel are widely used due to the use of high-strength materials, low steel weight, quick and easy construction without the need for large-scale construction machinery and foundation material savings Is essentially a thin bar when calculating the internal forces and displacements are often calculated at the initial section Substance may partially cross section has destabilized local stiffness of the frame should be reduced so the frame will increase displacement and internal force distribution law also changes The content of the thesis is the internal force displacement under section initially consider the potential loss of local buckling of the side or abdomen section to calculate the effectiveness of structural columns and beams and recalculated internal forces and displacements to comparison compare Key words - Cold-formed thin-walled steel; local buckling; Effective cross section; Internal force and to transpose DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU b, h, L beff Cw E fy, fyb I i J,IT K k Ncr Ncr,T Ncr,TF t teff α 𝛘 , ̅ 𝛹 , Kích thƣớc hình học cấu kiện Bề rộng hiệu Hằng số vênh tiết diện Mô đun đàn hồi vật liệu Ứng suất Giới hạn chảy vật liệu Momen quán tính Bán kính quán tính Momen quán tính xoắn Độ cứng gối đàn hồi Hệ số oằn Lực tới hạn Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp nén dọc trục Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp xoắn, uốn xoắn Bề dày cấu kiện Bề dày hiệu cấu kiện Hệ số không hoàn thiện Ứng suất tới hạn quy đổi Ứng suất tới hạn quy đổi Hệ số giảm yếu ổn định Hệ số an toàn Độ mảnh tỷ đối Hệ số poisson Hệ số tỷ lệ ứng suất DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 Tên bảng Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode Thép dùng làm két câu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Châu Ầu Xác định bê rộng hiệu theo tiêu chuân Eurocode Xác định bê rộng hiệu theo tiêu chuân Eurocode Trang 11 12 28 29 37 38 2.6 Bảng tra ứng suất oằn cắt fbv Hệ số khơng hồn thiện Dạng đƣờng cong ổn định tƣơng ứng với loại tiết diện Bảng tra hệ số C1 C3 tính ổn định oằn – xoắn 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Bảng tra hệ số C1, C2 C3 cho dầm có tải trọng uốn Hệ số thay đổi áp lực theo độ cao k Hệ số khí động c Tải trọng tác dụng lên khung Tổ hợp tải trọng Kết nội lực cột Kết nội lực dầm Bảng đặc trƣng hình học tiết diện Bảng tổng hợp chuyển vị 43 47 47 47 47 48 48 69 70 2.3 2.4 2.5 39 42 DANH MỤC CÁC HÌNH Số Tên hình hiệu 1.1 Kích thƣớc thành mỏng Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng loại theo cách 1.2 phân loại tiêu chuẩn châu âu Eurocode 1.3 Tiết diện đơn hở 1.4 Tiết diện ghép hở 1.5 Tiết diện ghép kín 1.6 Tiết diện dùng cho cấu kiện chịu nén, kéo 1.7 Tiết diện dầm số cấu kiện chịu uốn khác 1.8 Các loại mỏng uốn nguội thông dụng sàn, mái tƣờng 1.9 Máy gâp mép 1.10 Máy ép khuôn 1.11 Máy cán trục lăn 1.12 Nhà dân dụng 1.13 Hệ dàn mái thép nhẹ 1.14 Nhà công nghiệp 2.1 Tiết diện tiết diện hiệu tiết diện chữ C 2.2 Mất ổn định dầm tiết diện chữ C 2.3 Tiềt diện hiệu theo tiêu chuân Châu Âu Eurocode 2.5 Sơ đồ tính tiết diện phần cảnh 2.6 Mơ hình xác định độ cứng lò xo ứng suât tới hạn 2.7 Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi 2.8 Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi (vòng lặp thứ n) 2.9 Tiết diện hiệu phần cánh xảc định vịng lặp cuối 2.10 Tiết diện khơng có sƣờn tăng cứng 2.12 Tính tốn đặc trƣng tiết diện hiệu 3.1 Mặt nhà 3.2 Sơ đồ khung thép trục 3.3 Sơ đồ tải trọng gió 3.4 Tiết diện 2C300x100x30x2 3.5 Tiết diện tính tốn 2C300x100x30x2 3.6 Sơ đồ tính phần cánh 3.7 Bề rộng hiệu cánh 3.8 Tiết diện hiệu phần biên 3.9 Ứng suất gây ổn định vênh phần tiết diện Trang 4 9 9 10 16 17 17 20 20 21 24 25 26 31 32 33 33 34 37 39 44 45 46 48 49 50 50 51 52 Số hiệu 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 Tên hình Ứng suất tới hạn quy đổi Tiết diện tính tốn vòng lặp Tiết diện hiệu phần biên (vịng lặp 1) Tiết diện tính tốn vịng lặp Biểu đồ phân bố ứng suất bụng chịu nén Tiết diện hiệu cấu kiện chịu nén Tiết diện hiệu cấu kiện chịu uốn Biểu đồ so sánh chuyển vị đỉnh cột Biểu đồ so sánh độ võng dầm Trang 53 53 54 56 57 58 64 71 71 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội đƣợc sử dụng nhiều sử dụng vật liệu cƣờng độ cao, trọng lƣợng thép ít, thi cơng nhanh, dễ dàng khơng cần máy móc thiết bị thi cơng lớn, tiết kiệm vật liệu móng Bản chất thành mỏng tính nội lực chuyển vị thƣờng tính theo tiết diện ban đầu Thực chất phần tiết diện bị ổn định cục nên độ cứng khung giảm đi, chuyển vị khung tăng lên quy luật phân bố nội lực thay đổi Mục đích nghiên cứu Tính tốn tiết diện hiệu khung nhà công nghiệp không cầu trục tầng nhịp có cấu kiện thành mỏng tiết diện 2C dƣới tác dụng tải trọng tĩnh tải, hoạt tải tải trọng gió Mục tiêu nghiên cứu - Tính nội lực , chuyển vị theo tiết diện ban đầu - Xét khả ổn định cục cánh hay bụng tiết diện, tính lại độ cứng cấu kiện dầm, cột tính lại nội lực chuyển vị - So sánh kết tính đƣợc Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Khung nhà công nghiệp không cầu trục tầng nhịp dùng thép thành mỏng tạo hình dập nguội Phƣơng pháp nghiên cứu Trên sở lý thuyết tính tốn cấu kiện thành mỏng theo Eurocode 3, sử dụng phƣơng pháp tiết diện hiệu để so sánh lại phân bố nội lực, chuyển vị so với tiết diện ban đầu Cơ sở khoa học Dùng tiêu chuẩn Eurocode tính tốn cấu kiện thành mỏng ết đạt đƣợc - Khi kể đến ảnh hƣởng độ cứng, lấy nội lực để tính cấu kiện khả chịu lực khơng thay đổi nhiều so với ban đầu Do tính tốn bỏ qua ảnh hƣởng thay đổi độ cứng - Khi kể đến thay đổi độ cứng cấu kiện tiết diện bị giảm yếu có ảnh hƣởng tới chuyển vị đỉnh cột, võng dầm khung - Bài tốn mở rộng kể đến tƣợng P-Delta (tăng nội lực độ 69 *( = 1,77 )+0,5 = 4101725561N.mm Hệ số độ mảnh quy đổi: ̅̅̅̅ = √ =√ = 0,289 *Xác định Hệ số khơng hồn thiện tra theo bảng 2.4 = 0,34 = 0,5(1+ (̅̅̅̅ ) ̅̅̅̅ = 0,556 => = √ = ̅̅̅̅̅ = = 0,969 √ = = 33212643,99N.mm c Tính tốn ổn định tổng thể: ( ) +( ) =( ) +( ) = 0,659 0,5: ≤ t c Khi α ≤ 0,5: ≤ t Biểu đồ ứng suất (Quy ƣớc ứng suất nén dƣơng) c c t ≤ 124 c t Khi