Bộ môn công trình Thép gỗ Đại học xây dựng Kết cấu thép, kết cấu thép xây dựng, đại học xây dựng, tài liệu đại học xây dựng, tài liệu kết cấu thép, tài liệu xây dựng hay nhất, kiến thức kết cấu thép, kết cấu thép 1, giáo trình kết cấu thép, giáo trình đại học xây dựng, bài giảng kết cấu thép, bài giảng đại học xây dựng, giáo trình đại học xây dựng hay nhất, tổng hợp giáo trình đại học xây dựng
§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Bài giảng 11/2009 TS Đinh Văn Thuật BM Cơng trình Thép ĐHXD Hà Nội E-mail: thuatvandinh@gmail.com §3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép định hình khơng đáp ứng (số hiệu thép bị hạn chế) Cần có giải pháp dầm thép tổ hợp chữ I với hình dạng kích thước tiết diện đa dạng Dầm thép tổ hợp tiết diện dạng chữ I đối xứng theo hai phương sử dụng phổ biến tf Bản cánh Bản bụng h hw tw Dầm thép tổ hợp hàn sử dụng đường hàn để liên kết bụng cánh với tf Bản cánh Ký hiệu kích thước tiết diện §3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Tiết diện dầm cần phải đảm bảo: tf Yêu cầu chịu lực (TTGH 1) Bản cánh Yêu cầu độ võng (TTGH 2) Bản bụng Yêu cầu kinh tế (trọng lượng dầm bé nhất) h Tăng chiều cao h hiệu để tăng khả chịu uốn giảm độ võng dầm hw tw tf Bản cánh => Tuy nhiên, cần xác định chiều cao hợp lý dầm hkt (chiều cao kinh tế) để đảm bảo trọng lượng dầm bé § 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Chọn chiều cao tiết diện dầm h - Điều kiện bắt buộc: hmin h hmax - Điều kiện nên đảm bảo: h hkt hmax : chiều cao lớn dầm để thoả mãn yêu cầu không gian sử dụng yêu cầu mỹ quan (qui định theo kiến trúc) hmin : chiều cao nhỏ dầm để thoả mãn điều kiện độ võng (TTGH 2) tf Bản cánh Bản bụng h hw tw tf Bản cánh hkt : chiều cao kinh tế dầm để đảm bảo dầm có trọng lượng bé (Gd = Min) § 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP g c , pc Chọn chiều cao tiết diện dầm h Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố (gc , pc : TT tiêu chuẩn HT tiêu chuẩn) l c với với k c g p c tb g g p c p 2C f w Dầm tổ hợp hàn k = 1,2 ~ 1,15 Để xác định hkt, cần phải chọn trước tw: tw = ~ 12 mm nhịp l = ~ 15 m § 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Chọn bề dầy bụng dầm tw a) Theo điều kiện bụng dầm chịu lực cắt lớn nhất, Vmax b) Theo điều kiện ổn định cục c) Theo công thức kinh nghiệm theo cấu tạo Bản cánh Bản bụng tw Bản cánh Chọn bề dầy bụng dầm tw a) Theo điều kiện bụng dầm chịu lực cắt lớn nhất, Vmax : max t w hw2 Vmax Vmax S x Vmax f v c I x tw hw t w t w hw t w 12 Bản cánh Bản bụng hw Lấy hw h Vmax : lực cắt lớn dầm tải trọng tính tốn gây h tw Bản cánh Sx : mômen tĩnh nửa tiết diện bụng dầm trục x-x; Ix : mômen quán tính tiết diện bụng dầm trục x-x; fv : cường độ chịu cắt tính toán thép làm dầm; Chọn bề dầy bụng dầm tw b) Theo điều kiện ổn định cục : Điều kiện ổn định cục bụng dầm không sử dụng sườn gia cường: Bản cánh Bản bụng hw h tw Bản cánh Dầm khơng sườn có bề dầy bụng lớn, lại không tốn thép để làm sườn không tốn công để tạo sườn, thuận tiện cho việc tự động hố chế tạo => hạ thấp tổng chi phí chế tạo dựng lắp 2 Chọn bề dầy bụng dầm tw c) Theo công thức kinh nghiệm va cau tao: Bản cánh Khi chiều cao dầm h vào khoảng từ ÷ m chịu tải trọng thông thường: Bản bụng hw (mm) h tw Việc chọn tw cần phải đảm bảo yêu cầu qui cách thép bề dày tối thiểu để đảm bảo chống gỉ Bản cánh Chọn kích thước cánh dầm bf, tf a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn , Mmax Bản cánh tf Bản bụng b) Theo điều kiện ổn định cục tf c) Theo yêu cầu cấu tạo Bản cánh bf Chọn kích thước cánh dầm bf, tf a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn Mmax: h 2fk Ix 2 t w hw3 Wx I wx I fx 2b f t f h2 h h 12 Iwx Ifx mơ mem qn tính bụng cánh trục x-x Bản cánh M max f c Wx Bản bụng hw h tw Lấy gần hw = hfk = h tf bf Bản cánh Chọn kích thước cánh dầm bf, tf b) Theo điều kiện ổn định cục : Bản cánh Bản bụng hw h tw tf bf Bản cánh Chọn kích thước cánh dầm bf, tf c) Theo yêu cầu cấu tạo : - Chọn tf > tw Bản cánh - Dầm thơng thường: tf = 12 ÷ 24 mm - Khơng nên chọn tf > 30 mm Bản bụng - Chọn bf ≤ 30 tf để ứng suất phân bố bề rộng cánh chịu kéo để đảm bảo điều kiện ổn định cục cho cánh chịu nén - Cần phải đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể dầm, đồng thời để dễ liên kết dầm với cấu kiện khác: bf = (1/2 ÷ 1/5) h bf ≥ 180 mm bf ≥ 1/10 h hw h tw tf bf Bản cánh Kiểm tra tiết diện dầm chọn 4.1 Kiểm tra bền (TTGH 1) • Theo điều kiện bền chịu uốn tiết diện có Mmax V = 0; • Theo điều kiện bền chịu cắt tiết diện có Vmax M = 0; • Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn cắt tiết diện có M V lớn; • Theo điều kiện chịu ứng suất cục bụng dầm; • Theo điều kiện bền chịu đồng thời ứng suất uốn, cắt cục bộ’ 4.2 Kiểm tra độ võng dầm (TTGH 2) 4.3 Kiểm tra ổn định dầm tổ hợp: • Kiểm tra ổn định tổng thể • Kiểm tra ổn định cục thép làm dầm § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn 4.1 Kiểm tra bền: a) Theo điều kiện bền chịu Mmax, V = 0: l Vmax (tại tiết diện dầm) Mmax 3 b t h Ix t w hw f f fk Wnx 2 2b f t f h h 12 12 Mx,max: mô men uốn lớn tiết diện dầm tải trọng tính tốn gây ra, bao gồm trọng lượng thân dầm gd Wnx : mô men kháng uốn tiết diện thực kiểm tra trục x-x (tiết diện trừ giảm yếu khoét lỗ) § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 2/7) 4.1 Kiểm tra bền: b) Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax, M=0: l Vmax (tại tiết diện sát gối dầm) Mmax Sx = tf x bf x hfk/2 cong tw x hw/2 x hw/4 Vmax : lực cắt lớn tiết diện sát gối dầm tải trọng tính tốn gây Sx : mô men tĩnh nửa tiết diện trục x-x (đối với tiết diện chữ i); § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 2/7) 4.1 Kiểm tra bền: l c) Theo điều kiện bền chịu đồng thời M V: V M x h0 1 Wx h S cx b f t f h fk / V S cx 1 I x tw M h0 : chiều cao tính tốn bụng dầm; h0 = hw dầm tổ hợp hàn; Scx : mô men tĩnh cánh dầm trục x-x § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn Dầm phụ F 4.1 Kiểm tra bền: b lzz Bản bụng dầm khơng có sườn cứng gia cường hw hy tf tf tw hy e) Theo điều kiện chịu ứng suất cục (do tải trọng tập trung F) Dầm F : tổng lực tác dụng cục (từ dầm phụ kê lên cánh trên) truyền xuống bụng dầm thông qua cánh lz : chiều dài tính tốn diện tích bụng chịu tải trọng cục F + dầm tổ hợp hàn: lz = b + tf ; b chiều dài thực tế truyền tải trọng F xuống cánh dầm; tf bề dầy cánh dầm + dầm đinh tán bulông: lz = b + hy § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 4/7) 4.1 Kiểm tra bền: f) Theo điều kiện chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp, ứng suất cục bộ: Mx, V F kiểm tra Mx y I nx F c tw lz V S x I x t w : mơ men, lực cắt lực tập trung tính tốn tiết diện Các ứng suất pháp tiếp lấy điểm ứng với thớ chiều cao tính tốn bụng dầm Sx : mô men tĩnh phần bên điểm kiểm tra (của phần cánh phần bụng lấy hết góc chuyển tiếp bụng cánh) y : khoảng cách từ điểm tính tốn đến trục trung hồ x-x Giá trị c lấy dấu dương kéo, lấy dấu âm nén § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 5/7) 4.2 Kiểm tra độ võng dầm Nếu chọn chiều cao dầm h > hmin khơng cần kiểm tra theo điều kiện độ võng Chú ý xác định hmin gần lấy hw = hfk = h Công thức kiểm tra độ võng dầm : max : độ võng lớn dầm tác dụng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn gây ra; / l : độ võng tương đối cho phép dầm, quy định tiêu chuẩn thiết kế § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 6/7) 4.3 Kiểm tra ổn định tổng thể dầm Công thức kiểm tra ổn định tổng thể dầm: b: hệ số ổn định tổng thể dầm; b 1 phụ thuộc vào yếu tố sau: l - độ cứng mặt phẳng Iy / Ix; y - độ cứng chống xoắn It / Iy ; - chiều cao tiết diện dầm chiều dài nhịp tính tốn h/l0 ; - vật liệu sử dụng E/f y x x F F y x Xác định hệ số ổn định tổng thể dầm: b ? Nếu 0,85 lấy Nếu 1 > 0,85 lấy b và; b 0,68 0,21 : hệ số tra bảng, xét đến số lượng điểm cố kết cánh nén dầm, dạng tải trọng tác dụng, vị trí tác dụng tải trọng cánh hay cánh dầm phụ thuộc vào hệsố Với thép hình dạng chữ I : It : mơ men qn tính xoắn tiết diện dầm; Iy : mơ men qn tính tiết diện dầm kiểm tra trục y-y (trục mặt phẳng uốn); lo : chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng dầm cánh nén Nếu điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể không thoả mãn => cần tăng bề rộng b hay giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng lo § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 6/7) 4.4 Kiểm tra ổn định cục dầm a) Điều kiện kiểm tra ổn định cục cánh nén: b) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bụng chịu ứng suất tiếp: Dầm chịu tải trọng tĩnh Dầm chịu tải trọng động § 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 6/7) 4.4 Kiểm tra ổn định cục dầm c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bụng chịu ứng suất pháp : c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bụng chịu ứng suất pháp ứng suất tiếp : ... 4. 2 Kiểm tra độ võng dầm (TTGH 2) 4 .3 Kiểm tra ổn định dầm tổ hợp: • Kiểm tra ổn định tổng thể • Kiểm tra ổn định cục thép làm dầm § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn 4. 1...? ?3. 4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép định hình khơng đáp ứng (số hiệu thép bị hạn chế) Cần có giải pháp dầm thép tổ... dầm; tf bề dầy cánh dầm + dầm đinh tán bulông: lz = b + hy § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Kiểm tra tiết diện dầm chọn (tiếp 4/ 7) 4. 1 Kiểm tra bền: f) Theo điều kiện chịu đồng thời ứng suất pháp,