Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là phân tích lý thuyết tính toán thanh thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 để đưa ra phương pháp tìm tiết diện hợp lý. Thực hiện một số ví dụ tính toán để chứng minh, làm rõ cách xác định tiết diện hợp lý thanh thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005. Trên cơ sở phân tích những kết quả có được trong quá trình tính toán, đưa ra những nhận xét và khuyến nghị khi chọn tiết diện thanh thành mỏng chịu uốn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN NGỌC PHÚ XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN HỢP LÝ THANH THÀNH MỎNG CHỊU UỐN THEO QUY PHẠM AS/NZS 4600-2005 C Mã số 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN Đ Nẵ N THẠC S - Năm 2015 THUẬT Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG N ườ ướ ẫ k oa ọ GS.TS PHẠM N HỘI P ả b PGS.TS NGUYỄN QUANG IÊN P ả b TS HUỲNH MINH SƠN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 22 tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU T đề Xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 Tí ấ ế đề - Các cấu kiện thành mỏng ngày sử dụng rộng rãi thực tiễn xây dựng kết cấu tường, sàn, mái, dàn,… nhờ có nhiều ưu điểm mà bật nhẹ, dễ chế tạo, đa dụng sử dụng cách hợp lý mang lại hiệu kinh tế cao Các sản phẩm thép thành mỏng đa dạng từ cấu kiện rời rạc xà gồ, dầm tường, dầm sàn, kết cấu bao che (vách ngăn, tường, mái) kết cấu hoàn chỉnh khung nhà tầng, khung nhà công nghiệp, nhà công cộng Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép Zamil Steel, Bluescope Lysaght, Vinapipe, BHP chuyển giao cơng nghệ từ nước ngồi sản xuất có hiệu dạng kết cấu thép thành mỏng - Hiện nay, cấu kiện thành mỏng chịu uốn cấu kiện thường gặp kết cấu thành mỏng sườn tường, dầm, xà gồ… Việc tìm phương pháp xác định tiết diện hợp lý loại cấu kiện giúp tìm tiết diện phù hợp khả chịu uốn, tiết kiệm vật liệu phù hợp sản xuất, chế tạo M đí ứ Xác định phương pháp, lý thuyết tính tốn thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 - Phân tích lý thuyết tính tốn thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 để đưa phương pháp tìm tiết diện hợp lý - Thực số ví dụ tính tốn để chứng minh, làm rõ cách xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 - Trên sở phân tích kết có q trình tính tốn, đưa nhận xét khuyến nghị chọn tiết diện thành mỏng chịu uốn Đố ượ ạm ứ - Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu phương pháp tính tốn số cấu kiện thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 - Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu tiết diện thường gặp thành mỏng tiết diện chữ C có sườn biên chịu uốn lực phân bố (đảm bảo cấu kiện chịu lực cắt) làm việc dầm đơn giản Bố l ă Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung luận văn trình bày gồm có chương: P ầ Mở đầ - C ươ Tổng quan thành mỏng tạo hình nguội - C ươ Phương pháp tính tốn thành mỏng chịu uốn - C ươ Một số trường hợp cụ thể tính tốn xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chịu uốn ế l kế ị CHƯƠNG TỔNG QUAN Ề THANH THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI 1.1 HÁI NIỆM Ề THANH THÀNH MỎNG - Thanh thành mỏng kết cấu thép nhẹ Kết cấu thép nhẹ bao gồm hệ thống kết cấu xây dựng thép có trọng lượng nhẹ kết cấu thép thông dụng Phân biệt hai phạm vi sử dụng thành mỏng: Nhóm : Nhóm chi tiết phận kiến trúc Nhóm : Nhóm phận kết cấu chịu lực 1.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THANH THÀNH MỎNG So với kết cấu thép thông thường, két cấu thành mỏng có loạt ưu khuyết điểm sau: 1.2.1 Ư đ ềm - Giảm lượng thép từ 25-50%; lí thuyết giảm nhiều kèm theo khó khăn tốn chế tạo, khơng cịn kinh tế - Dựng lắp nhanh, ví dụ 30% mái nhà; cấu kiện có nút thống hóa dàn mái khơng gian cịn nhanh nhiều - Hình dạng tiết diện chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu - Đặc trưng chịu lực tiết diện có lợi, phân bố vật liệu hợp lí, dùng tiết diện kín - Dùng tiết diện kín tạo vẻ đẹp kết cấu; bớt che lấp diện tích kính lấy ánh sáng 1.2.2 N ượ đ ểm - Giá thành thép uốn nguội cao thép cán nóng - Chi phí phịng gỉ cao hơn, bề mặt tiết diện thép lớn hơn, cần nhiều diện tích phủ bảo vệ - Việc vận chuyển, bốc xếp dựng lắp nhanh chóng địi hỏi biện pháp phương tiện riêng cấu kiện dễ bị hư hại - Việc thiết kế khó khăn làm việc phức tạp cấu kiện Tiết diện cấu kiện lựa chọn tự nên khơng có bảng tính tốn sẵn 1.3 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG THANH THÀNH MỎNG 1.3.1 T ứ ế Việc áp dụng cấu kiện thành mỏng tạo nguội vào kết cấu nhà năm 1940 Năm 1946 lần xuất “Quy định kĩ thuật thiết kế cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội” Viện sắt Thép Hoa Kì (AISI) Một lĩnh vực phát triển kết cấu thành mỏng lĩnh vực làm nhà gia đình thấp tầng Nhà hai tầng xây dựng hàng loạt nhiều địa phương Úc, làm hoàn toàn cấu kiện thành mỏng: cột, khung, dầm, sàn kết hợp với vật liệu bao che gỗ, gạch, kính 1.3.2 T ứ Nam Tại Việt Nam, cơng trình kết cấu thành mỏng đuợc xây dựng từ năm 1970 nước chế tạo Tuy nhiên cấu kiện thành mỏng Việt Nam chế tạo xuất từ mười năm gần Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép Zamil Steel, Bluescope Lysaght, Vinapipe, BHP chuyển giao cơng nghệ từ nước ngồi sản xuất có hiệu dạng kết cấu thép thành mỏng Do ưu việt trọng lượng nhẹ, tính cơng nghệ khả chịu lực cao, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội (Coldformed structure) trở thành phương hướng phát triển cơng trình kết cấu thép Việt Nam năm tới 1.4 GIỚI THIỆU 1.4.1 Q 1.4.2 Q 1.4.3 Q 1.4.4 Q Ề HỆ THỐNG CÁC QUY PHẠM TÍNH TỐN ạm M (AISI 1996) ạm A Â ạm T Q ố ạm Ú (AS/NZS 4600) Úc: Quy phạm Úc AS/NZS 4600:1996 “Cold-formed Steel structures - Kết cấu thép tạo hình nguội” Quy phạm chung hai nước Úc New Zealand, thay cho Quy phạm cũ AS 1538-1988 Quy phạm hành sử dụng Quy phạm AS/NZS 4600:2005, thay cho phiên năm 1996 1.4.5 L a ọ q ạm í ố Do phần lớn kết cấu thành mỏng tạo hình nguội xây dựng nước ta sản phẩm Công ty Úc liên doanh Bluescope Lysaght, v.v sử dụng Quy phạm AS/NZS 4600:2005 Do tác giả chọn Quy phạm AS/NZS 4600:2005 làm sở tính toán cho luận văn 1.5 ẬT LIỆU SỬ DỤNG 1.5.1 Thép Thép dùng để chế tạo tiết diện uốn nguội loại thép cacbon thấp thơng thường tương đương với CT3 (Nga), CT38, CT42 (Việt Nam), có giới hạn chảy 2200 đến 2600 daN/cm2 Cũng dùng thép hợp kim thấp tương đương với 09Mn2, 14Mn, giới hạn chảy 3400 tới 3900 daN/cm2 Các thép có độ dãn dài cao 22 - 26 %, chịu thử nghiệm uốn gập nguội Tuy nhiên thép dạng cuộn (coil) để chế tạo kết cấu thành mỏng Việt Nam chưa sản xuất nên phải nhập ngoại hoàn toàn mang số hiệu thép nước sản xuất mang số hiệu ASTM (American Society for Testing & Materials) Thông dụng thép cacbon ASTM A570 cấp 50 thép hợp kim thấp A607 hay A792, có giới hạn chảy 3450 daN/cm2 Ba loại thép bảng G 450, G 500 G 550 (con số giới hạn chảy thép theo N/mm2) loại đặc biệt có cường độ cao G 450 dùng cho cấu kiện có bề dày ≥ 1,5 mm; G 500 dùng cho cấu kiện có bề dày >1,0 mm < 1,5 mm G 550 dùng cho cấu kiện có bề dày ≤ 1,0 mm Dùng thép có cường độ cao khơng phải lúc tiết kiệm thép kích thước cấu kiện thành mỏng thường bị giới hạn điều kiện ổn định, không tận dụng cường độ cao 1.5.2 Tiết di n tạo từ thép mỏng Thép cán nóng thành mỏng dạng cuộn phơi để tạo hình cấu kiện thành mỏng Bằng cách gia cơng nguội, tạo từ thép mỏng tiết diện hình Nhiều trường hợp, hình thức kích thước tiết diện thép hình uốn nguội chọn riêng lẻ cho phù hợp với nhiệm vụ cơng trình - Chú ý vấn đề an tồn phịng gỉ: + Về hình dạng, nên dùng tiết diện hở, dễ tiếp cận vào phía trong, để lau chùi, sơn Tránh tạo hình máng, dễ tích tụ bụi, ẩm Nếu bắt buộc làm cần tạo độ dốc, có lỗ + Về bề dày tối thiểu để phòng gỉ, tham khảo trị số sau : 1,5 mm kết cấu có mái che kín ; mm kết cấu lọ thiên, 3,5 mm kết cấu môi trường ăn mòn - Về mặt chịu lực : + Thanh chịu nén nên dùng tiết diện hình hộp, tiết diện có mép cứng, mép cứng làm tăng ổn định cục bộ, làm tăng độ cứng tiết diện ; + Thanh chịu kéo: làm tiết diện gọn hơn, dùng thành dày hơn; + Hạn chế hàn trực tiếp thành mỏng với thành dày cấu kiện cán khác 1.5.3 Vấ đề phòng gỉ Phòng gỉ cho kết cấu thép nhẹ quan trọng, nhiều so với kết cấu thường Kết cấu thành mỏng không bảo vệ tốt phá hủy nhanh chóng thời gian ngắn a Hiện tượng gỉ Sự gỉ kết cấu kim loại chủ yếu tượng ăn mòn điện hố Trên bề mặt kim loại có phân tử vi mô hoạt động điện cực Tiếp xúc với chất điện giải dung dịch nước nước khơng khí, có chứa hợp chất, khí cacbonic Dòng điện xuất hiện, cực dương bị tan chất điện phân Thế hiệu cực lớn, dòng điện mạnh ăn mòn nhanh b Các biện pháp phòng gỉ * Biện pháp cấu tạo thiết kế : - Chọn dùng loại tiết diện chống ăn mòn cao : cao tiết diện ống, tới lần so với tiết diện thép góc Dầm tiết diện hộp chống ăn mòn tốt dầm I - Tiết diện bụng đặc chống ăn mòn tốt tiết diện rỗng - Tận lượng áp dụng nguyên tắc tập trung vật liệu : tăng bước kết cấu lên để làm tiết diện cấu kiện lớn hơn, thành dày Đưa đến khả chống ăn mòn tốt hơn, giảm lượng sơn bảo vệ - Chọn dùng loại vật liệu chống gỉ cao, ví dụ thép hợp kim thấp - Tìm giải pháp cấu tạo để cấu kiện khơng tích bụi, tích ẩm, ví dụ đặt nghiêng dốc, tạo lỗ thoát nước - Chú ý tránh để kết cấu thép thành mỏng tiếp xúc với vật liệu xây dựng có chứa thạch cao, clorua magiê, xỉ than, bị ãn mịn nhanh * Dùng lớp bảo vệ : - Sơn : lớp bảo vệ rẻ dễ áp dụng Kĩ thuật dùng sơn cho kết cấu thành mỏng khơng khác so với kết cấu thép thường, gồm việc : - Các kết cấu thành mỏng đại phần lớn dùng biện pháp mạ Phương pháp mạ phổ thông mạ kẽm nhúng nóng phun lớp kẽm phủ Việc mạ kẽm thực từ cuộn thép mỏng thực sau kết cấu hoàn thành (khó cấu kiện kích thước lớn) Việc phun thực lên kết cấu lắp xong, hlnh dạng kết cấu tuỳ ý Bên ngồi lớp mạ lớp phun thường có thêm lớp sơn bảo vệ lóp phủ Hiện nay, hầu hết mái, tường, xà gồ, dầm tường, dàn, khung nhà thép thành mỏng tạo hình nguội xây dựng nước ta dùng thép mạ Zincalume Zincalume lớp mạ hợp kim nhôm kẽm (55% nhôm, 43,5% kẽm 1,5% silic) thực phương pháp nhúng nóng liên tục, có tuổi thọ gấp lần lóp mạ kẽm thông thường Vật liệu mang tên thép Zincalume thép gốc A792 theo ASTM G 300, G 550 theo AS 1397 úc mạ Zincalume 10 phần tử phẳng + Sườn trung gian (intermediate stiffener) : phần tử tạo hình mép phần tử nén tăng cứng nhiều lần - Bề rộng phẳng b (flat width) : bể rộng phần phẳng phần tử, không gồm đoạn cong Bề rộng phẳng đo từ cuối góc cong đo từ tim vật liên kết (bulông hay hàn) - Bề dày (thickness) : bề dày kim loại gốc, không kể lớp phủ bảo vệ Khi cán nguội, bề dày thực tế có giảm ~ % bỏ qua khơng xét tính toán - Bề rộng hữu hiệu (effective width): tỉ số bề rộng phẳng bề dày b/t phần tử nén lớn, phận bị ổn định Bản phẳng tính chuyển có bề rộng be gọi bề rộng hữu hiệu Bề rộng coi không bị ổn định, chịu ứng suất nén đạt giới hạn chảy Trong tính tốn đặc trưng hình học tiết diện, dùng bề rộng mà khơng dùng bề rộng thực b 2.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN ẾT CẤU THÀNH MỎNG Thanh thành mỏng chia làm hai loại: tiết diện hở tiết diện kín Sự làm việc chúng khác với làm việc đặc thông thường điểm sau: - Định luật tiết diện phẳng áp dụng hạn chế với số trường hợp tải trọng Nói chung có vênh tiết diện - Khi chịu xoắn xuất ứng suất phụ pháp tuyến tiếp tuyến đáng kể Thanh tiết diện kín làm việc khơng khác với đặc bình thường Sự phân bố ứng suất pháp tương tự; giả thiết tiết diện phẳng nghiệm đúng; xoắn khơng có ứng suất pháp phụ thêm 2.2.1 Đạ ươ ề ươ ế kế a Phương pháp ASD Quy phạm AISI1996 b Phương pháp LRFD AISI 1996 11 c Phưong pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn AS 4600 Nguyên tắc bản: Phương trình thiết kế theo trạng thái giới hạn chịu lực là: S* Ru 2.2.2 P ươ đườ b để í đặ ọ ế Khi bề dày tiết diện khơng đổi, dùng phương pháp đường trung bình để tính đặc trưng tiết diện cách gần xác Tiết diện với bề dày t đưọc thay đường qua trục phần tử, phần tử thay đoạn thẳng cong Bề dày t coi đơn vị nên khơng có mặt cơng thức tính tốn Sau tính tốn xong, đặc trưng hình học nhân với t để thành trị số thực Khi tính đặc trưng hình học, đại lượng bậc cao t t2, t3 bỏ qua 2.2.3 Bề ộ ữ ấ k é a Định nghĩa Bề rộng hữu hiệu (effective width): tỉ số bề rộng phẳng bề dày b/t phần tử nén lón, phận bị ổn định Bản phẳng tính chuyển có bề dày be gọi bề rộng hữu hiệu Bề rộng coi khơng bị ổn định, chịu ứng suất nén đạt giới hạn chảy b Sự ổn định cục chịu nén Giá trị ứng suất nén tới hạn tức ứng suất gây oằn xác định cơng trình nghiên cứu kinh điển Timoshenko, Bleich v.v viết dạng: k fcr = 12(1 2 E )(b / t ) ; be b f cr fy Phương trình Von Karman đề xuất dùng để tính bề rộng hữu hiệu phần tử thành mỏng c Tấm tăng cứng chịu nén 12 Cấu kiện thành mỏng thực tế có nhiều khiếm khuyết kích thước, chế tạo cịn ứng suất dư sau chế tạo Qua nhiều thí nghiệm ta có cơng thức: be b f cr f 0,22 cr fy fy Phương trình cho trường hợp ứng suất nhỏ ứng suất chảy Quy phạm AS 4600 ta có cơng thức dạng : Trong b bề rộng phẳng, be = b hệ số bề rộng hữu hiệu tính bằng: 0,22 1,0 số hạng thể độ mảnh ứng suất f* định nghĩa : 1,052 b f * E k t Hệ số k phần tử tăng cứng theo hai cạnh dọc Khi ≤ 0,673, = nghĩa be = b d Phần tử tăng cứng chịu ứng suất biến đổi tuyến tính Bề rộng hữu hiệu vùng ứng suất nén lớn xác định công thức: be1 be Bề rộng hữu hiệu vùng ứng suất nén nhỏ xác định công thức : be2=be/2 ≤ - 0,236 be2=be-bel thể phân bố ứng suất: ≥ - 0,236 = f*2/f*i với f*1 f*2 ứng suất bụng tính với tiết diện 13 hữu hiệu f*1 nén (dấu +), f*2 kéo (dấu -) nén Khi hai với f*1 f*2 nén với f*1 ≥ f*2 k = + 2(1- )3 + 2(1- ) Nếu be1 + be2 lớn hem vùng nén bụng hữu hiệu hồn tồn e Phần tử khơng tăng cứng Khi phần tử chịu nén hệ số k 0,43 Trạng thái sau tới hạn, phần mép tự bị oằn, ứng suất phân phối lại, lớn vào phía có tựa Bề rộng hữu hiệu be lấy k = 0,43 Khi phần tử chịu ứng suất phân bố tuyến tính Phụ lục F Quv phạm AS 4600:2005 cho công thức để xác định bề rộng hữu hiệu trường hợp Các công thức tính theo tỉ số ứng suất tính tồn tiết diện ngun, khơng phải tính lặp làm đơn giản nhiều g Phần tử chịu nén đều, có sườn biên Sườn biên là: - Sườn biên đon giản, có góc uổn đoạn mép thẳng - Sườn biên hình uốn, tạo thành hình cong kín để tăng độ cứng b t 1- Trường hợp Với S hệ số độ mảnh S 1,28 S E f* Phần tử hoàn toàn hữu hiệu : be = b dse= d ds = dse ds chiều dài hữu hiệu chiết giảm sườn, đưọc dùng để tính đặc trưng hình học tồn tiết diện cấu kiện 14 S - Trường hợp b t S Sườn biên phải có độ cứng Ia để trở thành gối tựa cho phần tử, để phần tử làm việc phần tử tăng cứng Độ cứng yêu cầu: Ia t4 b t 399 S ku Momen quán tính thân sườn trục trọng tâm song song với phần tử d 3t sin 12 I = Nếu Is ≥ la mép sườn khơng q dài (d1/b ≤ 0,25) phần tử hữu hiệu hoàn toàn, ngược lại mép sườn dài (d1/b > 0,25) phần tử khơng cịn hữu hiệu hồn tồn ứng suất phân bố không Bề rộng hữu hiệu phần tử tính theo cơng thức be = n C2 (ka-ku) b k= + ku Chiều dài mép dùng để tính tốn cho tồn tiết diện là: ds = C2dse ≤ dse - Trường hợp b/t ≥ s Độ cứng yêu càu sườn biên: Ia t4 115 S b h Các đại lượng be, k, C1, C2, ds tính trường hợp lấy n=l/3 hay 0,333 Các trường hợp khác phần tử có sườn trung gian, sườn 15 biên tạo hình, v.v cho quy phạm AS 4600 h Phần tử chịu nén đều, có sườn gia cường i Phần tử chịu nén đều, có nhiều sườn gia cường 2.3 TÍNH TỐN CẤU IỆN CHỊU UỐN 2.3.1 Tí ố ấ k ề độ bề độ õ a Tính tốn bền Cơng thức chung tính tốn bền ổn định cấu kiện chịu uốn M* b Ms b Mb M* b Tính khả chịu momen danh nghĩa tiết diện M s Cơng thức tính khả chịu mơmen danh nghĩa tiết diện Ms: Z f Ms = e y c Tính độ võng Trình tự tính tốn sau : - Giả thiết ứng suất thiết kế f*d đó, ví dụ từ 0,5 đến 0,66 fy, tuỳ theo mơmen tính độ võng ; - Tính đặc trưng mơ đun chống uốn Se tiết diện hữu hiệu ; - Tính trở lại ứng suất f= M /Se, trùng với ứng suất giả thiết Nếu khơng dùng giá trị f để tính lập lại kết hội tụ - Tính độ võng theo mơmen qn tính tiết diện hữu hiệu 2.3.2 Cườ độ ị oằ b o ố oắ a Sự oằn bên uốn - xoắn b Tính cường độ oằn uốn - xoắn theo AS 4600 Khả chịu mômen danh nghĩa cấu kiện Mb đoạn không giằng, có tiết diện đối xứng đơn, đối xứng kép đối xứng qua tâm, làm việc chịu oằn uốn- xoắn tính cơng thức : 16 Mb Mc Zf Zc Công thức xét đến ổn định cục các phần tử tiết diện dầm Mc tính theo cơng thức đây, tuỳ thuộc vào trị số tỉ số thể quan hệ ứng suất tới hạn ứng suất chảy nói cách khác, quan hệ mômen tới hạn đàn hồi M0 mômen chảy My b My b Khi b Khi 0,60 M0 M c = My 0,60 1,336 b Mc = 1,11My 10 b 36 Khi b Mc = My 1,336 b Để tính M0, Quy phạm dùng quy ước hệ trục sau : Đối với tiết diện đối xứng đơn, trục đối xứng trục x có chiều cho tâm uốn có toạ độ x0 âm y0 = Đối với tiết diện đối xứng đơn uốn quanh trục đối xứng tiết diện đối xứng kép uốn quanh trục x : f f M0= CbAr0 oy oz Đối với tiết diện đối xứng đơn uốn quanh trục trọng tâm vng góc với trục đối xứng M0= Cs Af ox ( y / Cs ( y / 2) Cm 12,5M max Cb= 2,5M max 3M 4M 3M rol2 ( f oz / f ox ) (2-58) 17 Cb lấy trường hợp Đối với cơngxon có đầu tự khơng giằng cấu kiện vừa chịu nén vừa chịu uốn Cb lấy Cm hệ số mơmen hai đầu không : Cm = 0,6 – 0,4 M1 M2 Tiết diện chữ I: Mo = ECb dI yc l2 (2-65) Tiết diện chữ Z: Mo = ECb dI yc 2l (2-66) 2.3.3 S oằ ặ Cấu kiện giằng bên đầy đủ khơng bị oằn bên uốn xoắn bị oằn vận Có hai tượng oằn vặn Một oằn vặn cánh xảy cánh nén dầm giằng bên cánh mép lại quay tự quanh góc nối cánh với bụng; bụng chịu uốn cánh tịnh tiến theo phương vng góc với bụng Hiện tượng xảy cánh xà gồ chịu nén gió bốc, xà gồ giằng để không oằn uốn xoắn Một cách oằn khác, AS gọi oằn vặn bên, cánh kéo kiềm chế, bụng bị uốn ngang cánh nén không xoay AS cho công thức sau để kiểm tra oằn vặn Khả chịu mômen danh nghĩa Mh cấu kiện chịu oằn vặn tính bằng: Mb Zc Mc Zf Mơmen tới hạn Mc tính sau: 18 a) Trường hợp oằn vặn cánh, cánh mép lại quay tự quanh góc nối cánh với bụng tiết diện chữ C chữ Z : khi d 0,674 d 0,674 Mc = M y Mc= My 0,22 d d b) Trường hợp oằn vặn bên, bụng bị uống ngang cánh nén di chuyển sang bên, không xoay: khi d 1,414 Mc= M y d 1,414 Mc= M y d d Mod mô men oằn vặn đàn hồi tính bằng: Mod = Z f fod 2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN HỢP LÝ CỦA THANH THÀNH MỎNG CHỊU UỐN THEO QUY PHẠM AS/NZS 4600-2005 - Bước 1: Với chiều dày không thay đổi t0 (chọn trước) chiều cao sườn biên dt (chọn trước) ta xác định chiều cao bụng chiều rộng cánh cho bề rộng cánh b0 chiều cao bụng h0 hữu hiệu hoàn toàn thỏa điều kiện =0,673 Diện tích tiết diện lúc Ao Kiểm tra điều kiện làm việc cấu kiện thành mỏng chịu uốn với tiết diện xác định theo điều kiện độ bền, độ cứng điều kiện ổn định theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 - Bước 2: Với chiều dày t0 trên, tiến hành thay đổi chiều cao bụng, chiều rộng cánh chiều cao sườn dt Ai diện tích tiết diện sau thay đổi b, h chiều cao sườn d t cho Ai = A0 Kiểm tra điều kiện làm việc cấu kiện thành 19 mỏng chịu uốn với tiết diện tương tự bước - Bước 3: So sánh điều kiện làm việc cấu kiện thành mỏng chịu uốn tiết diện Ai với tiết diện Ao Tiết diện hợp lý tiết diện thõa mãn yêu cầu theo thứ tự ưu tiên sau: * Tải trọng tác dụng ứng với trạng thái giới hạn sử dụng trạng thái giới hạn chịu lực lớn * Khi cấu kiện đạt đến trạng thái tới hạn, cường độ tính tốn xấp xỉ cường độ tới hạn (tận dụng tối đa khả làm việc vật liệu) * Khi cấu kiện đạt đến trạng thái tới hạn độ võng tính tốn xấp xỉ độ võng giới hạn (tức tận dụng tối đa khả làm việc vật liệu) * Khả làm việc vật liệu ứng với trạng thái giới hạn sử dụng xấp xỉ khả làm việc vật liệu ứng với trạng thái giới hạn chịu lực 2.5 NHẬN XÉT Kết nghiên cứu lý thuyết tính tốn cấu kiện chịu uốn theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005, học viên rút số nhận xét sau: - Tiêu chuẩn dựa ngun lý tính tốn theo trạng thái giới hạn - Trong điều kiện tính tốn bền, tiêu chuẩn có kể đến làm việc vật liệu giai đoạn bắt đầu chảy dẽo có xét đến khả dự trữ làm việc dẽo cấu kiện - Điều kiện độ võng dầm thép thành mỏng tạo hình nguội tương tự dầm thép thơng thường Tuy nhiên độ cứng tiết diện tính tốn tiết diện hiệu - Các đặc trưng hình học tiết diện xác định phương pháp đường trung bình - Chiều rộng hữu hiệu phần tử xác định quy trình lặp - Các đặc trưng học vật liệu tương tự vật liệu thép khác 20 CHƯƠNG Í DỤ TÍNH TỐN Để minh họa lý thuyết tính tốn cấu kiện chịu uốn so sánh khả chịu uốn tiết diện với kích thước khác nhau, qua lựa chọn kích thước hợp lý cho tiết diện Trong chương trình bày số nội dung sau: Xét dầm đơn giản nhịp l =3m, chịu tải trọng phân bố 3.1 BÀI TOÁN + Tính tốn khả chịu uốn tiết diện dầm hình chữ C có sườn biên kích thước ban đầu dl=20mm, chiều dày t=2mm kích thước cánh, bụng sườn biên thỏa mãn điều kiện ≤0,673 , điều kiện ổn định cục điều kiện hạn chế theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 + Khảo sát biến thiên khả chịu uốn tiết diện chữ C có sườn biên với kích thước bụng, cánh sườn biên thay đổi (A t không đổi) Biểu đồ biến thiên tải trọng tới hạn tiết diện chữ C có sườn biên với t = 1,5mm 3.2 BÀI TOÁN Tương tự tốn với t=1,5mm (Chi tiết tính tốn phụ 21 lục kèm theo) Biểu đồ biến thiên tải trọng tới hạn tiết diện chữ C có sườn biên với t = 1,5mm 3.3 BÀI TOÁN Tương tự tốn với t=3mm (Chi tiết tính toán phụ lục kèm theo) Biểu đồ biến thiên tải trọng tới hạn tiết diện chữ C có sườn biên với t = 3mm 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Luận văn tập trung nghiên cứu khả chịu uốn dầm thép thành mỏng tạo hình nguội theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 22 Dựa bảng tổng hợp biểu đồ kết tính tốn, cho phép rút số kết luận sau: - So với kết cấu thép thông thường, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội có nhiều điểm khác biệt vật liệu, cách chế tạo, lý thuyết tính tốn, làm việc chịu tải trọng - Kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội ngồi điều kiện ổn định tổng thể cần đặc biệt lưu ý đến điều kiện ổn định oằn vặn oằn bên - Qua khảo sát ví dụ ta rút số nhận xét sau: * Qua khảo sát ta lựa chọn kích thước hợp lý tiết diện chữ C có sườn biên với độ dày 1,5mm; 2mm 3mm Cụ thể sau: + Với tiết diện chữ C có sườn biên với độ dày 1,5mm : btdxhtdxdt= 42x177x10 mm + Với tiết diện chữ C có sườn biên với độ dày 2mm : btdxhtdxdt= 41x235x12 mm + Với tiết diện chữ C có sườn biên với độ dày 3mm : btdxhtdxdt= 51x323x15 mm * Tiết diện hợp lý có khả chịu lực lớn, đảm bảo làm việc theo điều kiện cường độ điều kiện biến dạng, tận dụng hết khả chịu lực tiết diện tiết kiệm vật liệu 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết lu n - Trong phạm vi điều kiện khảo sát, cấu kiện thành mỏng chịu uốn tiết diện chữ C có sườn biên, tỷ lệ chiều rộng chiều cao (b/h) tiết diện hợp lý giảm dần theo độ tăng chiều dày tiết diện - Qua khảo sát, đề xuất ưu tiên tăng chiều cao tiết diện so với tăng chiều rộng để tang cường độ tiết diện - Luận văn giai thích số trường hợp ta lựa chọn tiết diện có kích thước khơng hữu hiệu hồn tồn để thiết kế (Do có khả chịu lực cao tận dụng hết khả chịu lực tiết diện tiết kiệm vật liệu so với tiết diện có diện tích chiều dày có kích thước hữu hiệu hoàn toàn) - Ứng với tiết diện chữ C có sườn biên, với chiều dày tiết diện từ 1,5mm đến 3mm tỷ lệ chiều rộng chiều cao tiết diện (b/h) nên chọn để xác định kích thước sơ thiết kế 0,16 đến 0,24 - Xét điều kiện toán, đề tài giúp định hướng hình dạng kích thước tiết diện sơ trước thiết kế tính tốn, sản xuất - Trong phạm vi khảo sát luận văn, tiết diện có chiều dày nhỏ (t = 1,5mm) trạng thái giới hạn sử dụng định tải trọng tới hạn tiết diện Đối với tiết diện có chiều dày lớn (t=3mm) trạng thái giới hạn ổn định định tải trọng tới hạn tiết diện - Luận văn định hướng phương pháp xác định kích thước hình dạng hợp lý tiết diện cấu kiện thành mỏng chịu uốn 24 Kiến nghị - Trong điều kiện thực tế chưa có tiêu chuẩn Việt Nam tính tốn kết cấu thành mỏng tạo hình nguội, tác giả đề xuất sử sụng tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 để tính tốn làm việc chịu uốn dầm thép thành mỏng tạo hình nguội - Nghiên cứu, phát triển phương pháp xác định kích thước hình dạng hợp lý tiết diện cấu kiện thành mỏng chịu uốn có xét đến ảnh hưởng sườn gia cường - Các kết tính tốn đề tài dựa tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 với số điều kiện giả thiết định để đơn giản hóa toán, vậy, kết luận để hợp lý sát với thực tiễn cần nghiên cứu thêm thực nghiệm phát triển công thức từ lý thuyết tính tốn sau Hướng phát triể đề tài - Nghiên cứu trường hợp chịu lực khác cấu kiện chịu uốn khả chịu cắt - Tính tốn ổn định oằn vặn oằn bên cho hình dạng tiết diện chữ I, chữ Z, hình hộp tiết diện chưa đưa vào tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 phương pháp số học (phát triển từ lý thuyết tính tốn) - Nghiên cứu tính tốn tối ưu hóa tiết diện sau lựa chọn hình dạng tiết diện hợp lý ... tốn thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 để đưa phương pháp tìm tiết diện hợp lý - Thực số ví dụ tính tốn để chứng minh, làm rõ cách xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chịu uốn theo. .. toán số cấu kiện thành mỏng chịu uốn theo quy phạm AS/NZS 4600-2005 - Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu tiết diện thường gặp thành mỏng tiết diện chữ C có sườn biên chịu uốn lực phân bố... tốn thành mỏng chịu uốn - C ươ Một số trường hợp cụ thể tính tốn xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chịu uốn ế l kế ị 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN Ề THANH THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI 1.1 HÁI NIỆM Ề THANH