Tóm tắt
Tóm tắt Bộ môn Kết cấu thép gỗ Khoa Xây dựng ĐT: 0913.082.015 Email: vqduan@gmail.com Ngày nhận bài: 7/3/2019 Ngày sửa bài: 29/3/2019 Ngày duyệt đăng: 8/01/2020
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng sức mạnh tính toán và sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân, các nhà lập trình đã tìm cách mở rộng các phương pháp tiếp cận để thiết kế kết cấu thép. Phương pháp chiều dài tính toán được giới thiệu lần đầu tiên trong tiêu chuẩn AISC năm 1961 và đã được dùng trong hơn 45 năm qua. Tuy nhiên, trong những năm gần đây các phương pháp mới đã được phát triển, cung cấp các quy trình thiết kế được cải thiện bằng cách sử dụng sức mạnh của máy tính cá nhân và phần mềm phân tích kết cấu. Phần lớn trong số các kỹ thuật mới liên quan đến việc sử dụng tải trọng giả định, các phương pháp khác nhau đã được phát triển và phổ biến ở các nước trên thế giới (Canada, Úc và Châu Âu). Bắt đầu từ cuối năm 1999, Ủy ban đặc nhiệm về sự ổn định của AISC đã tìm cách phát triển một phương pháp mới để thiết kế ổn định kết cấu thép với mục tiêu tận dụng các phương pháp tiếp cận máy tính để phân tích.
Năm 2002, công việc trên được Ủy ban đặc nhiệm về sự ổn định của AISC tiếp tục phát triển. Kết quả của nỗ lực này là phương pháp phân tích trực tiếp mới được trình bày trong Phụ lục 7 AISC 360-05. Phương pháp này có nguồn gốc từ các phương pháp phân tích và thiết kế dựa trên tải trọng giả định. Tuy nhiên, đã có những sửa đổi để cải thiện độ chính xác và ứng dụng cho nhiều dạng kết cấu thép trong thực tế. Từ phiên bản AISC 360-10 trở đi, phương pháp này đã được đưa vào phần chính của quy phạm. Các phương pháp chiều dài tính toán và phương pháp phân tích bậc nhất được cho về phần phụ lục.
Phương pháp phân tích trực tiếp có các ưu điểm sau:
- Áp dụng cho tất cả các dạng khung bao gồm khung giằng, khung chịu mô men, khung kết hợp, khung liên hợp và khung hỗn hợp;
- Tất cả các cột được thiết kế với hệ số chiều dài tính toán K = 1. Vì vậy giảm sự phức tạp và không chắc chắn khi xác định chiều dài tính toán. Điều này có lợi cho người thiết kế;
- Xét đến sự không hoàn hảo hình học bằng cách mô phỏng trực tiếp trên mô hình hoặc dùng tải trọng ngang giả định;
- Kể đến ứng suất dư bằng cách giảm mô đun đàn hồi của vật liệu;
- Nội lực trong kết cấu được xác định chính xác hơn. Nội lực trong cột, dầm và liên kết có xét đến sự không hoàn hảo hình học và hiệu ứng ổn định trong khi phương pháp chiều dài tính toán không xét được;
- Áp dụng cho cả phân tích đàn hồi và phi đàn hồi.
2. Các bước tính toán
Phương pháp phân tích trực tiếp có thể sử dụng để thiết kế tất cả các loại khung, bao gồm khung chịu mô men, khung giằng, kết hợp của khung giằng và khung chịu mô men và các hệ thống kết hợp khác như tường chịu cắt và khung chịu mô men. Phương pháp này áp dụng cho tất cả các hiệu ứng bậc hai mà không bị hạn chế và dùng để thiết kế theo LRFD hoặc ASD. Sau đây là các bước chi tiết để áp dụng phương pháp phân tích trực tiếp:
Bước 1. Xây dựng một mô hình kết cấu phù hợp bằng phần mềm có khả năng phân tích bậc 2 (có xét đến hiệu ứng P – ∆ và P - δ).
Bước 2. Giảm độ cứng (giảm mô đun đàn hồi) của tất cả các thành phần, phần tử trong hệ kết cấu có liên quan đến sự ổn định do kể đến ứng suất dư trong thép cán nóng. Độ cứng sau khi giảm được tính theo công thức EI* = 0,8Tb EI và EA* = 0,8EA.
Tb được tính như sau:
Tb = 1 khi αPr/Py ≤ 0.5 (1) Tb = 4(αPr/Py)[1-(αPr/Py)] khi αPr/Py > 0.5 (2)