PHAĂN GIẠI THÍCH MÚC LÚC
CHƯƠNG 1 CÁC QUI ĐỊNH CHUNG
Beđ tođng trong ông thép là nói beđ tođng đoơn đaăy trong ông thép hình thành vaơt lieơu toơ hợp. Ông có lối tròn, có lối vuođng. Tính naíng cơ hĩc cụa beđ tođng ông thép tròn và ông thép vuođng có khác nhau rõ reơt. Ông thép tròn có theơ giàng buoơc hát nhađn beđ tođng moơt cách hieơu quạ, do đó cường đoơ kháng nén cụa beđ tođng và khạ naíng biên dáng được nađng cao rõ reơt. Ông thép vuođng do khođng theơ gađy lực bó hữu hieơu đôi với hát nhađn beđ tođng, neđn khạ naíng biên dáng và cường đoơ cụa nó đeău thâp hơn so với ông thép tròn. Quy trình này chư đeă caơp beđ tođng cao, trĩng lượng nhé, tính dẹo tôt, beăn xung kích; ngoài ra còn có ưu đieơm đoơc đáo veă maịt cođng ngheơ như sau: 1) Bạn thađn ông thép là ván khuođn chịu áp lực beđn tôt. Vì vaơy đoơ beđ tođng khođng phại chông đỡ khuođn, khođng phại dỡ khuođn, và có theơ thích ứng cođng ngheơ bơm beđ tođng tieđn tiên.
2) Bạn thađn ông thép chính là coơt thép. Nó có tác dúng cụa côt thép dĩc (chịu kéo và chịu nén) và côt thép đai hướng ngang. Chê táo ông thép so với chê tác loăng côt thép tiêt kieơm được cođng và vaơt lieơu rât nhieău và lái deê dàng đoơ beđ tođng.
3) Bạn thađn ông thép lái là khung chịu lực cứng. Khi thi cođng có tác dúng như moơt khung chịu lực cứng, khôi lượng cođng tác hàn so với khung côt thép thường giạm rât nhieău, từ đó có theơ đơn giạn hóa cođng ngheơ thi cođng laĩp ráp, tiêt kieơm đà giáo, rút ngaĩn thời gian thi cođng, giạm dieơn tích đât dùng trong thi cođng. Ở vùng giá lánh, mùa đođng có theơ laĩp ráp khung ông thép roêng, sau khai xuađn mới đoơ beđ tođng, thi cođng khođng hán chê bởi thời tiêt.
Trong thanh chịu nén cụa kêt câu, dùng beđ tođng ông thép thay thê beđ tođng côt thép và kêt câu thép, có theơ tiêt kieơm thép, goê xi maíng với khôi lượng lớn và giạm nhé trĩng lượng kêt câu, làm cho tính naíng cụa kêt câu heơ thanh truyeăn thông được cại thieơn rõ reơt, nhât là trong kêt câu cođng trình cao taăng, khaơu đoơ lớn, chịu tại trĩng naịng và chông noơ, chông đoơng đât cho đên những cođng trình xađy dựng tái thành phô lớn có dieơn tích cođng trường chaơt hép càng có theơ thỏa mãn moơt lốt yeđu caău veă thiêt kê và thi cođng.
Beđ tođng ông thép còn có theơ kêt hợp với kỹ thuaơt dự ứng lực, nađng cao tính naíng chịu mỏi và đoơ cứng cụa kêt câu.
Phađn tích lý thuyêt và thực tieên cođng trình đeău chứng tỏ, kêt câu beđ tođng ông thép so với kêt câu thép với đieău kieơn duy trì tự trĩng tương tự và naíng lực chịu tại như nhau, có theơ tiêt kieơm vaơt lieơu thép khoạng 50%, khôi lượng cođng tác hàn có theơ giạm rât nhieău, so với beđ tođng côt thép thường với đieău kieơn duy trì lượng vaơt lieơu thép xâp xư và naíng lực chịu tại như nhau, dieơn tích maịt caĩt ngang cụa câu kieơn có theơ giạm moơt nửa, từ đó khođng gian kiên trúc được mở roơng, beđ tođng và lượng xi maíng cho đên tự trĩng cụa kêt câu tương ứng giạm khoạng 50%.
Cường đoơ coơt beđ tođng ông thép tròn veă hướng bât kỳ đeău baỉng nhau. Nó dùng đeơ chông tác dúng đoơng đât phương hướng khođng xác định rât có hieơu quạ. Ở những nơi có dòng giao thođng bât kỳ, thí dú như đái sạnh cụa kiên trúc cođng coơng, nhà ga, kho xe v.v.. dùng coơt beđ tođng ông thép hình tròn là rât hợp lý. Dùng beđ tođng ông thép làm trú caău vượt ở thành phô veă hướng nào cũng thu được taăm nhìn tôt nhât, lái lợi cho an toàn giao thođng.
Trong kêt câu khung giá ngoài trời, thanh hình tròn có dieơn tích boơc loơ nhỏ nhât, dieơn tích chaĩn gió cũng nhỏ nhât.
Tính naíng chịu lửa cụa beđ tođng ông thép tuy khođng tôt baỉng beđ tođng côt thép, song so với kêt câu thép thì tôt hơn. Tính naíng chịu aín mòn cụa beđ tođng ông thép tương tự kêt câu thép, nhưng dieơn tích bị aín mòn được giạm moơt nửa. Tính naíng chịu xung kích cụa beđ tođng ông thép so với kêt câu thép và beđ tođng côt thép đeău tôt hơn. Kêt câu beđ tođng ông thép được ứng dúng trong cođng trình xađy dựng đã có lịch sử hơn 80 naím. Những naím 60 cụa thê kỷ trước, ứng dúng kêt câu beđ tođng ông thép ở Lieđn Xođ, Tađy Ađu, Baĩc Mỹ và Nhaơt Bạn được coi trĩng, đã từng được ứng dúng trong kêt câu nhà xưởng, kiên trúc nhieău taăng và cao taăng, caău vượt cho đên các cođng trình kêt câu đaịc bieơt và đã đát hieơu quạ tôt đép.
Ở Trung Quôc, từ naím 1959 baĩt đaău nghieđn cứu tính naíng cơ bạn cụa beđ tođng ông thép và ứng dúng. Naím 1963 đã sử dúng thành cođng coơt beđ tođng ông thép vào cođng trình nhà ga metro Baĩc Kinh, những naím 70 lái được laăn lượt ứng dúng thành cođng trong nhà xưởng moơt taăng và kêt câu khung lối naịng cụa các ngành luyeơn kim, đóng tàu, đieơn lực v.v… Những naím 80, tiên theđm moơt bước sử dúng coơt beđ tođng ông thép trong kêt câu khung cụa kiên trúc nhieău taăng.
Qui trình này toơng kêt kinh nghieơm thực tieên nghieđn cứu, thiêt kê thi cođng và ứng dúng beđ tođng ông thép cụa Trung Quôc hơn 20 naím qua.
CHƯƠNG 3 QUY ĐỊNH THIÊT KÊ CƠ BẠN
Đieău 3.1.5 Vách ông thép daăy 4mm là beă dày nhỏ nhât caăn thiêt cụa lieđn kêt hàn. Qui định chư tieđu đai bĩc θ ≥ 0,3 là đeơ tránh khi câp beđ tođng cao mà naíng lực đai bĩc cụa ông thép khođng đụ mà gađy ra phá hối dòn. Qui định θ ≤ 3 là tránh do câp beđ tođng quá thâp làm cho kêt câu dưới tại trĩng sử dúng sinh ra biên dáng dẹo. Nhieău kêt quạ thí nghieơm trong nước chứng tỏ chư tieđu đai bĩc cụa nó đeău naỉm trong phám vi qui định cụa qui trình này. Dưới tại trĩng sử dúng, mău thử trong phám vi này đeău ở vào tráng thái làm vieơc đàn hoăi, và trước khi phá hối đeău có đụ đoơ dãn.
Hán chê tư leơ đường kính/beă dày d/t khođng lớn hơn 85 235/ fy là tham khạo qui phám nước ngoài, đeơ tránh khi ông roêng chịu lực vách ông bị mât oơn định cúc boơ (xem ECCS, Composite Structures, The Construction Press, London and New York,
Nêu khođng có trường hợp ông roêng chịu tại thì tỷ leơ đường kính/beă dày khođng chịu hán chê này.
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẠI
Phaăn 1. Quan heơ tích sô cụa hai heơ sô trong cođng thức (4.1.2-1) cụa qui trình là caín cứ cođng thức kinh nghieơm được xác định bởi kêt quạ hàng lốt thí nghieơm cụa các đơn vị trong nước, và dùng kêt quạ thí nghieơm cụa nước ngoài đeơ nghieơm chứng, chứng minh raỉng cođng thức này và kêt quạ thí nghieơm rât phù hợp. Sau khi sử dúng cođng thức này, cođng tác tính toán được giạn đơn hóa rât nhieău (xem cuôn “Tính naíng leơch tađm beđ tođng côt thép” cụa Thái Thieơu Hoài và Đeơ Hieơu Đàn, táp chí “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” naím 1985, quyeơn 6, kỳ 4 trang 32~34; hoaịc cuôn “Tính toán kêt câu beđ tođng ông thép và ứng dúng” cụa Nhà xuât bạn cođng nghieơp xađy dựng Trung Quôc xuât bạn naím 1989, trang 40~42).
Cođng thức (4.1.2~2) tính sức chịu tại cực hán cụa coơt ngaĩn chịu nén No trong qui trình là thu được tređn cơ sở toơng kêt thành quạ nhieău cođng trình nghieđn cứu lý thuyêt và thí nghieơm trong ngoài nước. Trong phám vi chư tieđu đai bĩc từ 0,2 đên 5,0 cođng thức này đeău thích dúng với các phương thức gia tại:
1/ Ông thép và beđ tođng đoăng thời chịu lực; 2/ Chư beđ tođng hát nhađn trực tiêp chịu lực;
3/ Ông thép chịu lực trước trong giới hán đàn hoăi, sau đó cùng beđ tođng hát nhađn cùng chịu lực.
(Chi tiêt xem “Tính naíng cơ bạn và tính toán cường đoơ cụa coơt ngaĩn beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, Tieđu Chiêm Toàn; “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” naím 1984, quyeơn 5, kỳ 6 – trang 13~29; hoaịc cuôn “Tính toán và ứng dúng kêt câu beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, nhà xuât bạn cođng nghieơp xađy dựng Trung Quôc xuât bạn naím 1989, trang 29~36)
Trú chịu lực uôn nén 2 chieău, khi đoơ leơch tađm tương đôi nhỏ, sức chịu tại cụa nó sẽ cao hơn sức chịu tại nén trung tađm. Xét tới lối nađng cao này, với tieăn đeă cho mođ men M và lực trúc N cùng tác dúng, đoăng thời xét tới khi đoơ leơch tađm daăn tới 0 (tức mođ men daăn tới trieơt tieđu) sức chịu tại cụa trú đi daăn tới sức chịu tại trung tađm, đeơ tránh nguy hieơm phát sinh do sức chịu tại há thâp đoơt ngoơt khi mođ men bị trieơt tieđu, vaơy qui định caăn thỏa mãn đieău kieơn hán chê cụa cođng thức (4.1.2-4) trong qui trình (chi tiêt xem “bieơu đoă phađn bô mođ men ạnh hưởng đôi với sức chịu tại cụa trú beđ tođng, ông thép khođng dịch ngang” cụa Thái Thieơu Hoài, Cô Duy Bình; “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” quyeơn 11, kỳ 5 naím 1990; “phađn tích cực hán cụa trú khung beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, Cô Duy Bình; “Taơp luaơn vaín cụa Hĩc hoơi thoơ moơc cođng trình Trung Quôc khóa 4” nhà xuât bạn Đường saĩt xuât bạn naím 1988, trang 263~268)
Đieău 4.1.3 Caín cứ lý thuyêt cađn baỉng cực hán và phađn tích tài lieơu thí nghieơm, đôi với trú beđ tođng ông thép tieđu chuaơn hai đaău lieđn kêt chôt, dưới tác dúng cụa lực trúc N và mođ men M hai đaău baỉng nhau cùng tác dúng thì đieău kieơn khuât phúc có theơ bieơu đát như sau:
Khi ≥0.26 o N N ; o o M M N N 74 , 0 + = 1 (4.1.3 – 1) Khi ≤0,26 o N N ; o M M = 1 (4.1.3 – 2) Trong đó :
No – Sức chịu tại cực hán cụa trú beđ tođng ông thép ngaĩn chịu nén trung tađm Mo – Cường đoơ chông uôn cực hán cụa nó
Hình vẽ
Hình 4.1.3 Trú tieđu chuaơn Caín cứ kêt quạ thí nghieơm, Mo có theơ bieơu đát gaăn đúng là:
Mo = 0,4 No .r (4.1.3 - 3)
Đem thay vào cođng thức (4.1.3–1) và (4.1.3–2) tređn và xét M = Neo và dựa vào định nghĩa ϕo = N/No, thì được cođng thức (4.1.3–1) trong qui trình này và cođng thức (4.1.3-3).
Lái cho ϕo cụa hai cođng thức này baỉng nhau, thì được đoơ leơch tađm cụa đieơm phađn giới eo/ro = 1,55 (chi tiêt xem “Tính naíng và tính toán cường đoơ cụa trú beđ tođng ông
kêt câu hĩc báo” naím 1985, quyeơn 6, kỳ 4 trang 32~42; “Nghieđn cứu thí nghieơm cường đoơ kháng uôn cụa beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, Cô Ván Leđ, “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” naím 1985, kỳ 3 trang 28~29; hoaịc “Tính toán và ứng dúng kêt câu beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, nhà xuât bạn cođng nghieơp xađy dựng Trung Quôc xuât bạn naím 1989 trang 40~48).
Đieău 4.1.4 Cođng thức (4.1.4-1) cụa qui trình là cođng thức kinh nghieơm rút ra từ toơng kêt moơt khôi lượng lớn sô lieơu thí nghieơm trong và ngoài nước. Trong phám vi lo/d ≤ 50, trị sô tính toán theo cođng thức này rât phù hợp với sô lieơu thí nghieơm thực đo. Từ các sô lieơu thí nghieơm hieơn có thây raỉng khi biên đoơi tỷ sô đường kính/ beă dày d/t cụa ông thép, vaơt lieơu thép cho đên câp beđ tođng, ạnh hưởng đôi với trị sô ϕ, khođng có qui luaơt rõ reơt, bieđn đoơ biên đoơi cụa nó đeău trong mức đoơ phađn tán cụa kêt quạ thí nghieơm, vaơy trong cođng thức khođng xét đên những nhađn tô đó (chi tiêt xem “Tính naíng và tính toán cường đoơ cụa trú beđ tođng ông thép dài”, “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” naím 1985, quyeơn 6, kỳ 1 trang 32~40).
Đieău 4.1.5 Chieău dài tính toán đẳng hieơu (tương đương) trong đieău này là xét tới ạnh hưởng cụa các nhađn tô đieău kieơn ràng buoơc đaău coơt (góc quay và chuyeơn vị ngang) và bieơu đoă phađn bô mođ men tređn chieău dài coơt đôi với sức chịu tại cụa coơt. Đôi với ạnh hưởng cụa đieău kieơn ràng buoơc đaău coơt, đã xét baỉng cách đưa vào “chieău dài tính toán” hoàn toàn giông như giại pháp đã dùng trong “Qui phám tính toán kêt câu thép” cụa nước ta. Heơ sô 11 cụa chieău dài tính toán trong bạng 1.1. và bạng 1.2. thuoơc phú lúc 1 là trích từ “Qui phám thiêt kê kêt câu thép”.
Đeơ xét ạnh hưởng cụa bieơu đoă phađn bô mođ men tređn chieău dài coơt, qui trình này cũng như “Qui phám thiêt kê kêt câu thép”. Dùng phương pháp tính toán trú tieđu chuaơn tương đương, tức là đem trú phi tieđu chuaơn có bieơu đoă phađn bô mođ men baơc 1 khođng là hình chữ nhaơt, hai đaău lieđn kêt chôt và trú hăng, chuyeơn đoơi thành trú tieđu chuaơn có cùng sức chịu tại với bieơu đoă phađn bô mođ men baơc 1 là hình chử nhaơt. Chư khác ở choê qui phám thiêt kê kêt câu thép dùng mođ men uôn tương đương (đẳng hieơu), tức đem mođ men tương đôi lớn cụa moơt fi tieđu chuaơn giạm nhỏ, lây heơ sô mođ men tương đương C ≤ 1, tương ứng chieău dài trú khođng đoơi [Hình 4.1.5-1(a)]; qui trình này thì dùng chieău dài tương đương tức là đem chieău dài cụa coơt fi tieđu chuaơn giạm nhỏ, lây heơ sô chieău dài tương đương k ≤ 1, tương ứng mođ men uôn đaău coơt tương đôi lớn M2 giữ khođng đoơi [Hình 4.1.5-1(b)]. Hai cách xử lý có hieơu quạ như nhau. Qui trình này dùng chieău dài tương đương, veă khái nieơm càng trực quan, đôi với hieơn tượng trođi dịch cụa đieơm vòng baỉng khođng khi cong do nén uôn hai chieău, càng deê giại thích.
Hình vẽ Trú fi tieđu chuaơn Trú tieđu chuaơn có mođ
men tương đương Trú fi tieđu chuaơn Trú tieđu chuaơn có chieău dài tương đương (a) Theo quy phám thiêt kê kêt câu thép (b) Theo quy trình này
Hình 4.1.5-1 Trú khung khođng dịch ngang
Cođng thức heơ sô chieău dài tương đương cụa trú khung khođng dịch ngang (4.1.5-4) là cođng thức kinh nghieơm được xađy dựng tređn kêt quạ thí nghieơm (chi tiêt xem “Ạnh hưởng cụa bieơu đoă phađn bô mođ men đôi với sức chịu tại cụa coơt beđ tođng ông thép khođng dịch ngang”, “Kiên trúc kêt câu hĩc báo” naím 1990, quyeơn 11, kỳ 5 hoaịc “Tính toán và ứng dúng kêt câu beđ tođng ông thép” cụa Thái Thieơu Hoài, Nhà xuât bạn cođng nghieơp xađy dựng xuât bạn naím 1989 trang 48~51). Heơ sô chieău dài tương đương cụa coơt khung có dịch ngang là tính toán theo qui luaơt cụa trú hăng, lây ½ chieău dài tính toán là chieău cao cụa trú hăng (4.1.5-2).
Hình vẽ
Đieău 4.1.6 Qui luaơt được phạn ạnh bởi cođng thức (4.1.6-2) cụa qui trình là caín cứ toơng kêt kêt quạ thí nghieơm. Hieơn nhieđn, nó chư thành laơp ở trường hợp đoơ leơch tađm tương đôi lớn. Khi đoơ leơch tađm daăn veă 0 thì trị sô k trong cođng thức (4.1.6-1) hieơn nhieđn sẽ daăn tới 2. Vì do sức beăn vaơt lieơu có theơ thây, khi đoơ leơch tađm daăn veă 0 thì chieău dài tính toán cụa trú hăng sẽ baỉng 2H. Caín cứ tài lieơu thí nghieơm hieơn có, khi e0/rc≥ 0,8 ; e0/rc < 0,8, có theơ lây k giữa 1 và 2, noơi dung suy tuyên tính với đoơ leơch tađm to nhỏ khác nhau thì tính theo cođng thức (4.1.6 – 3) cụa qui trình (chi tiêt xem “Nghieđn cứu tính naíng cụa coơt khung beđ tođng ông thép dưới tác dúng cụa lực ngang” cụa Thái Thieơu Hoài, Cô Duy Bình, Lúc Quaăn; Hĩc kiên trúc Trung Quôc naím 1988 No 1 ~ 6, trang 17 ~ 37). Khi trú hăng khođng có tác dúng lực ngang, thực tê nó tương đương trú đơn nguyeđn tieđu chuaơn có chieău dài l0 = 2H (hình 4.1.6), tức trường hợp này lây k = 2. Vì vaơy quy luaơt k = 1 trong cođng thức (4.1.6 – 2) cụa Qui trình chư thích hợp với trường hợp đaău tự do khođng có mođmen tác dúng; khi đaău tự do còn có mođmen M1 đoăng thời tác dúng, trị sô k hieơn nhieđn lớn hơn 1. Cođng thức (4.1.6 – 4) cụa Qui trình đeău thỏa mãn đôi với hai trường hợp cực đoan, tức là:
Khi β = 0, k = 1; khi β = 1, k = 2
Hình vẽ
Hình 4.1.6 Trú hăng khođng có lực ngang tác dúng