Trong các kết cấu vượt nhịp lớn hiện nay không có một loại kết cấu nào cạnh tranh được với kết cấu khung giàn không gian bởi những ưu điểm nhẹ kiến trúc đẹp tao nhã có phân bố tải trọng tập trung rất lớn đặt tại các nút độ võng bé rút ngắn được thời gian thi công tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam có rất ít nghiên cứu về loại kết cấu này nên đây là lý do của luận văn này Đề tài sử dụng lý thuyết cơ học vật rắn biến dạng lý thuyết phần tử hữu hạn xây dựng các mô hình số để mô phỏng bài toán khảo sát ứng xử của các dạng giàn không gian Trong luận văn này các hệ thanh giàn khi làm việc chỉ chịu ảnh hưởng của lực kéo và lực nén Phân tích so sánh đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các hệ giàn dựa trên cơ sở tính toán áp dụng và phân tích kết quả từ mô phỏng bằng phương pháp số
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH TÙNG SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA HỆ GIÀN KHÔNG GIAN DẠNG PHẲNG VÀ DẠNG VÒM VƯỢT NHỊP LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH TÙNG SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA HỆ GIÀN KHƠNG GIAN DẠNG PHẲNG VÀ DẠNG VỊM VƯỢT NHỊP LỚN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM MỸ Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Võ Thanh Tùng SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA HỆ GIÀN KHƠNG GIAN DẠNG PHẲNG VÀ DẠNG VỊM VƯỢT NHỊP LỚN Học viên: Võ Thanh Tùng Chuyên ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD & CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 31 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Trong kết cấu vượt nhịp lớn khơng có loại kết cấu cạnh tranh với kết cấu khung/giàn không gian ưu điểm: nhẹ, kiến trúc đẹp, tao nhã, có phân bố tải trọng tập trung lớn đặt nút, độ võng bé, rút ngắn thời gian thi công nhiên, Việt Nam có nghiên cứu loại kết cấu này, nên lý luận văn Đề tài sử dụng lý thuyết học vật rắn biến dạng, lý thuyết phần tử hữu hạn, xây dựng mơ hình số để mơ tốn, khảo sát ứng xử dạng giàn không gian Trong luận văn hệ giàn làm việc chịu ảnh hưởng lực kéo lực nén Phân tích, so sánh đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật hệ giàn dựa sở tính tốn, áp dụng phân tích kết từ mơ phương pháp số Từ khóa – Giàn khơng gian; Phần tử hữu hạn; Mơ hình số Abstract - Nowadays, In the structures with long span, there is no structure that competed with the space frame /truss structure because of the advantages: lightweight, beautiful architecture, elegant, concentrated load is located at the nodes, the small sag, shorten the construction time However, in Vietnam there is very little research on this type of structure, so this is the reason of this thesis The topic use deformed solid mechanics theory, finite element theory, numerical modeling to simulate the problem, behavioral survey of forms of space truss In this thesis, the members in the truss systems when they work togethers, affected only by the tensile force and compression force Analyze and compare the economic and technical efficiency of gantry systems based on the calculation, application and analysis of numerical simulation results Keyword - space truss; Finite element method; Numerical model MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN GIÀN THÉP KHÔNG GIAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ GIÀN THÉP KHÔNG GIAN 1.1.1 Khái niệm 1.2 TỔNG QUAN VỀ GIÀN THÉP KHÔNG GIAN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3 CẤU KẾT CẤU GIÀN KHÔNG GIAN 1.4 PHÂN LOẠI 1.4.1 Giàn lưới hai chiều ba chiều 1.4.2 Giàn không gian đơn, hai ba lớp 1.5 MỘT SỐ LOẠI NÚT DÙNG CHO KẾT CẤU KHÔNG GIAN 1.5.1 MERO 1.5.2 Liên kết nút Octatube Tuball 1.6 NGUYÊN TẮC CẤU TAO………………………………………………………10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ GIÀN THÉP 11 2.1 PHẠM VI NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 11 2.2 HÌNH HỌC VÀ QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG-CHUYỂN VỊ 11 2.3 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VÀ VÉC TƠ NỘI LỰC 14 2.3.1 Phương trình cân 14 2.3.2 Véc tơ lực nút 15 2.4 MA TRẬN ĐỘ CỨNG TIẾP TUYẾN 15 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN HỆ GIÀN KHƠNG GIAN 18 3.1 DỮ LIỆU HÌNH HỌC HỆ GIÀN KHÔNG GIAN 18 3.1.1 Sơ đồ/cấu tạo hệ giàn không gian dạng phẳng 18 3.1.2 Sơ đồ/cấu tạo hệ giàn không gian dạng vòm 20 3.1.3 Sơ đồ/cấu tạo hệ giàn không gian dạng lượn sóng 21 3.2 VẬT LIỆU 22 3.2.1 Thép kết cấu 22 3.2.2 Tơn định hình thép sàn liên hợp 22 3.2.3 Quy đổi tương đương TCVN EC4 theo cường độ tính tốn 22 3.3 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 23 3.4 KẾT QUẢ VÀO THẢO LUẬN 29 3.4.1 Phân tích kết mơ hệ giàn không gian phẳng 31 3.4.2 Hệ giàn khơng gian vịm 35 3.4.3 Hệ giàn không gian lượn sóng 40 3.4.4 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật hệ giàn 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ Ký hiệu Đơn vị A mm2 Tổng diện tích mặt cắt ngang Anet mm2 Diện tích thực mặt cắt ngang Av mm2 Diện tích miền chịu lực cắt Aw mm2 Diện tích mặt cắt ngang bụng C1 mm Hệ số sơ đồ mô men E NA Mô đun đàn hồi fu N/mm2 Giới hạn bền thép fy N/mm2 Giới hạn chảy thép Chú giải fyw N/mm h mm Chiều cao mặt cắt hw mm Chiều cao bụng I mm Giới hạn chảy thép bụng Mơ men qn tính Hệ số tương tác kyy, kzz, kyz, kzy Lcr mm Chiều dài uốn dọc Mb,Rd N-mm Mô men kháng uốn dọc thiết kế Mc,Rd N-mm Mô men kháng uốn thiết kế MEd N-mm Mô men uốn thiết kế Mel,Rd N-mm Mô men kháng uốn đàn hồi thiết kế Mpl,Rd N-mm Mô men kháng uốn dẻo thiết kế MR N-mm Mô men kháng uốn đặc trưng My,V,Rd N-mm Mơ men khang uốn thiết kế có tính đến suy giảm tiết diện ảnh hưởng lực cắt Nb,Rd N Khả kháng uốn dọc thiết kế Ncr N Lực tới hạn đàn hồi Nc,Rd N Khả kháng nén thiết kế NEd N Lực dọc thiết kế Npl,Rd N Khả kháng dọc đàn dẻo thiết kế NRk N Khả kháng dọc đặc trưng Nt,Rd N Khả kháng kéo thiết kế Nu,Rd N Khả chịu kéo giới hạn thiết kế tf mm Chiều dày cánh tw mm Chiều dày bụng/sườn Vc,Rd N Khả kháng cắt thiết kế Vb,Rd N Khả kháng bất ổn định cắt thiết kế Vbf,Rd N Khả kháng bất ổn định cắt phân bố cánh Vbw,Rd N Khả kháng bất ổn định cắt phân bố bụng VEd N Lực cắt thiết kế Vpl,Rd N Wel,min mm3 Mô đun kháng đàn hồi tối thiểu Wpl mm3 Mô đun kháng dẻo 𝛼, 𝛼𝐿𝑇 NA Hệ số sai lệch 𝐿𝑇 NA Hệ số giảm uốn NA Hệ số giảm uốn ngang xoắn 𝑤 NA Hệ số giảm bất ổn định cắt phân bố bụng 𝜀 NA Hệ số phụ thuộc vaof fy NA Trị số sử dụng cho việc tính tốn hệ số giảm uốn 𝐿𝑇 NA 𝛾𝑀0 NA 𝛾𝑀1 NA Hệ số riêng/từng phần cho sức kháng phận bất ổn định 𝛾𝑀2 NA Hệ số riêng/từng phần cho sức kháng tiết diện ngang kéo nứt ̅ NA Hệ số diện tích chịu cắt NA Độ mảnh không thứ nguyên ̅ 𝐿𝑇 NA Độ mảnh không thứ nguyên cho bất uốn ngang xoắn ̅ 𝐿𝑇,0 NA Chiều dài đường cong uốn ngang xoắn ̅ 𝑤 NA Tham số độ mảng 𝜌 NA Hệ số suy giảm tính cho lực cắt NA Tỷ số mô men phân đoạn Khả kháng cắt giai đoạn thiết kế đàn dẻo Trị số sử dụng cho việc tính toán hệ số giảm uốn ngang xoắn 𝐿𝑇 Hệ số riêng/từng phần cho sức kháng tiết diện ngang DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1 Chỉ tiêu thép cán nóng dùng xây dựng 23 3.2 Tính tải trọng gió & sóng theo thang Beaufort Việt Nam 24 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Ga xe lửa quốc tế Waterloo-Lonđon 1.2 Ga hàng không Ka-San, Nhật Bản 1.3 Sân bay Nội Bài 1.4 Nhà thi đấu Đại học Kiến trúc HN 1.5 Ga Thirumayilai luz, Chennai, Ấn Độ 1.6 Mái vòm gian triển lãm Al Praga li Maidan, Cơ quan hội chợ Thương mại, New Delhi, Ấn Độ 1.7 Nhà Thi đấu đa tỉnh Bắc Cạn 1.8 Sáu cách xắp sếp lưới thường dùng khung không gian 1.9 Liên kết nút MERO 10 1.10 Liên kết nút Tuball 10 2.1 Nút giàn điển hình 11 2.2 Biến dạng phần tử điển hình 11 2.3 Hình học dạng phần tử tổng quát 12 3.1 Chi tiết kết cấu giàn D60 18 3.2 Chi tiết kết cấu giàn D90 18 3.3 Chi tiết kết cấu giàn D120 19 3.4 Hệ giàn khơng gian phẳng 19 3.5 Mơ hình hình học thiết kế giàn thép phẳng xây dựng Abaqus 20 3.6 Hệ giàn khơng gian vòm 20 3.7 Mơ hình hình học thiết kế giàn thép vịm xây dựng Abaqus 21 3.8 Hệ giàn khơng gian lượn sóng 21 3.9 Mơ hình hình học thiết kế giàn thép uốn lượn xây dựng Abaqus 22 3.10 Tĩnh tải 24 3.11 Hoạt tải 24 3.12 Tải trọng gió theo phương Z 29 3.13 Tải trọng gió theo phương X 29 3.14 Mơ hình phần tử hữu hạn giàn thép xây dựng Abaqus 30 3.15 Mô hình phần tử hữu hạn giàn thép xây dựng Abaqus 30 3.16 Mơ hình phần tử hữu hạn giàn thép xây dựng Abaqus 30 3.17 Sự phân bố ứng suất Von-Mises hệ giàn 31 3.18 Sự phân bố ứng suất 11 hệ giàn 31 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH TÙNG SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA HỆ GIÀN KHÔNG GIAN DẠNG PHẲNG VÀ DẠNG VÒM VƯỢT NHỊP LỚN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng... giả luận văn Võ Thanh Tùng SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA HỆ GIÀN KHÔNG GIAN DẠNG PHẲNG VÀ DẠNG VÒM VƯỢT NHỊP LỚN Học viên: Võ Thanh Tùng Chun ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD &... nghiên cứu So sánh, đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật hệ giàn không gian dạng phẳng dạng vòm, cụ thể Cùng tải trọng tác dụng dạng kết cấu vượt nhịp lớn Cùng nhịp tải trọng tác dụng dạng kết cấu