Đề bài: Kiểm tra khả năng chịu lực của cột tiết diện W14x45 trong khung như hình 3, biết: P là tổng tải trọng tác dụng vào cột, W là tải phân bố đều trên dầm và H là tổng tải gió tác dụng vào đỉnh cột; vật liệu là thép A36; dùng lý thuyết thiết kế theo hệ số tải trọng và cường độ. Yêu cầu dùng phương pháp phân tích trực tiếp để xác định nội lực.
Lời giải:
a) Bước 1. Xây dựng mô hình kết cấu như hình 4. b) Bước 2. Giảm mô đun đàn hồi của vật liệu.
Thép cán nóng W14x145 có các đặc trưng hình học: Ag = 275,5 cm2; d = 37,5 cm; Ix = 71716 cm4; Zx = 3825 cm3; g = 216,3 kg/m.
Tổng tải đứng tổ hợp tác dụng lên đầu cột: Pr =1,2(1023 +7,3.8,5 / 2 + 2,16.8,5 / 2) + 1,6(409 + 21,9.8,5 / 2) = 2079 kN Hệ số α=1 do dùng phương pháp LRFD. αPr = 1.2079 = 2079 kN Py = Fy.Ag = 25.275,5 = 6888 kN Vì αPr/Py = 2079/6888 = 0,3 < 0,5 nên Tb = 1 Vậy E* = 0,8E = 0,8.20000 = 16000kN/cm2
Hình 1. Mô phỏng sự không hoàn hảo hình học
c) Bước 3. Tất cả các tải đứng và tải ngang tác động lên kết cấu đã cho trong đề bài.
d) Bước 4. Tổ hợp tải trọng có tải trọng giả định. Tổ hợp dùng để tính toán kiểm tra khả năng chịu lực: Comb1 = 1,4D + N1
Comb2 = 1,2D + 1,6L + N2 Comb3 = 1,2D +L + N3 Comb4 = 1,2D + W + L + N4 Comb5 = 0,9D + W + N5
Tổ hợp dùng để kiểm tra trạng thái giới hạn về sử dụng: Th1 = D + L
Th2 = D + 0,5L + 0,7W
e) Bước 5. Xác định tải trọng giả định theo công thức: Ni = 0,002αYi N1 = 0,002.1.[1,4.1023.2 + 1,4.7,3.8,5 + 1,4.2,16.(4.2 + 8,5)] = 6,9 kN N2 = 0,002.1.[1,2(1023 + 1,6.409).2 + (1,2.7,3 + 1,6.21,9).8,5 + 1,2.2,16.(4.2 + 8,5)] = 8,4 kN N3 = N4 = 0,002.1.[1,2(1023 + 1.409).2 + (1,2.7,3 + 1.21,9).8,5 + 1,2.2,16.(4.2 + 8,5)] = 7,5 kN N5 = 0,002.1.[0,9.1023.2 + 0,9.7,3.8,5 + 0,9.2,16.(4.2 + 8,5)] = 3,9 kN
f) Bước 6. Tiến hành phân tích kết cấu. Kết quả phân tích là các nội lực tổ hợp và chuyển vị tổ hợp được thể hiện như bảng 1 và bảng 2.
Bảng 1. Chuyển vị tổ hợp
Joint Output Case Case Type U1 U2 U3
Text Text Text m m m
4 TH2 NonStatic 0,009494 0,000000 -0,005031 5 TH2 NonStatic 0,009375 0,000000 -0,000988
Bảng 2. Nội lực tổ hợp trong cột phải
Frame Station Output Case Case Type P V2 M3
Text m Text Text KN KN KN-m
2 0,00 Comb4 NonStatic -1852,1 231,8 532,2 2 4,00 Comb4 NonStatic -1841,7 231,8 -427,5 g. Bước 7. Kiểm tra khả năng chịu lực của cột phải với hệ số chiều dài tính toán K = 1 và mô đun đàn hồi E chưa giảm như sau:
λ λ f f f p y b 400 = = = 7,1 2t 2.27,7 E 20000 < = 0,38 = 0,38 = 10,8 F 25 → Tiết diện là đặc chắc. x x x x x x y K L = K L A = 1.400 275,5 = 24,8 r I 71716 E 20000 < 4,7 = 4,7 = 132,9 F 25 π2 2 2 e 2 2 x x x E 3,14 .20000 F = = = 321 kN / cm (K L / r ) 24,8 y e (F /F ) (25/321) 2 er y F = F .0,658 = 25.0,658 = 24,2 kN / cm
Khả năng chịu nén của tiết diện c c n c er
P = .P = .F .A = 0,9.24, 2.275,5 = 6000 kNϕ ϕ
Khả năng chịu uốn của tiết diện
c b n b p b y x M = .M = .M = .F .Z = 0,9.25.3825 = 86100 kNcm ϕ ϕ ϕ Do r c P 1852 = = 0,31> 0,2
P 6000 nên kiểm tra chịu lực kết hợp với tổ hợp Comb4 theo công thức:
r r c c P +8 M =1852 8 532+ = 0,86 < 1 P 9 M 6000 9 861 → Đạt. Hình 2. Lưu đồ thiết kế
dùng phân tích bậc 2 với mô đun đàn hồi ban đầu và không xét đến tải trọng ngang giả định.
Tại nút 5 với tổ hợp Th2 có ∆x= 0,0094 < H/400 = 4/400 = 0,010 → Đạt.
Tại nút 4 với tổ hợp Th1 có ∆z = 0,007 < L/360 = 8,5/360 = 0,024 → Đạt.
Vậy tiết diện W14x145 đảm bảo chịu lực.
4. Kết luận và kiến nghị
Qua các bước tính toán và ví dụ tính toán ở trên cho thấy phương pháp phân tích trực tiếp có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp chiều dài tính toán. Việc tính toán theo phương pháp này là thuận tiện đối với các kỹ sư kết cấu, nội lực được xác định chính xác hơn, dùng các phần mềm phần tích kết cấu hiện hành và tận dụng được sức mạnh của máy
tính điện tử. Viện kết cấu thép Hoa Kỳ đã đưa phương pháp này vào tiêu chuẩn AISC 360 và từ năm 2010 trở đi phương pháp này là phương pháp chủ yếu dùng để thiết kế kết cấu thép. Việt Nam cần xem xét để đưa phương pháp này vào trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575 – 2012./.
Hình 3. Tầng dưới cùng của khung trong ví dụ minh họa Hình 4. Mô hình kết cấu
T¿i lièu tham khÀo
1. Vũ Quang Duẩn (2018), Hệ số khuyếch đại mô men B2 trong cấu kiện thép chịu nén uốn theo tiêu chuẩn AISC, Tạp chí Kiến trúc và Xây dựng, Đại học Kiến trúc Hà Nội, 2018. 2. Steel design guide 28 – Stability design of steel buildings,
American Institute of Steel Construction, Chicago IL, 2013. 3. AISC 360-16, Specifìication for Structural Steel Buildings,
American Institute of Steel Construction, Chicago IL, 2016.
Bảng 3.2. Kết quả Tmax và ∆Tmax ứng với khối đổ có chiều cao 2500 mm Nhiệt độ bê tông đầu vào (0C) Chưa có ống giải
nhiệt Có ống giải nhiệt
Kết luận Tmax
(0C) ∆T(0C)max T(0maxC) ∆T(0C)max
28 93 33 71 18 Đạt
30 95 34 71 19 Đạt
32 96 35 72 23 Không đạt
Từ bảng kết quả trên, ta thấy với nhiệt độ bê tông đầu vào là 280C và 300C thì đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật là chênh lệch nhiệt độ ∆T giữa hai điểm trong các khối đổ bê tông khối lớn nhỏ hơn 200C (Điều kiện cần để bê tông không bị nứt). Tuy nhiên, xét đến năng lực, công nghệ của nhà cung cấp bê tông cũng như điều kiện khí hậu, nhiệt độ môi trường Hà Nội trong tháng 8 thì khả năng khống chế nhiệt độ bê tông đầu vào dưới 280C rất khó khăn nên chọn bê tông đầu vào có nhiệt độ 300C là phù hợp.
4. Kết luận, kiến nghị
Bài báo đã giới thiệu cách tính toán dàn ống giải nhiệt sử dụng cho kết cấu bê tông khối lớn, ví dụ áp dụng cho một công trình thực tế được thi công trong điều kiện Việt Nam. Khi lập biện pháp thi công các kết cấu bê tông khối lớn có sử
dụng hệ thống dàn ống giải nhiệt, người thiết kế cần đưa ra các cơ sở khoa học, tính toán cụ thể và lựa chọn biện pháp thi công hợp lý để đảm bảo chất lượng cho công trình và đạt được hiệu quả về mặt kinh tế. Kiến nghị các cơ quan chuyên môn của Nhà nước cần tiếp tục hoàn thiện các cơ sở lý luận và cơ sở tính toán về thiết kế thi công kết cấu bê tông khối lớn trong điều kiện Việt Nam./.
T¿i lièu tham khÀo
1. P. Bamforth (2007), “CIRIA C660: Early- age thermal crack control in concrete”, London, U.K.
2. ACI Committee 207, “ACI 207.2R-07: Effect of Restraint, Volumn Change, and Reinforcement on Cracking of Mass Concrete”,American Concrete Institute.
3. ACI Committee 207, “ACI 207.4R-05: Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete”,American Concrete Institute. 4. Jin Keun Kim, Kook Han Kim, Joo Kyoung Yang (2001),
“Thermal analysis of hydration heat in concrete structures with pipe –cooling system”, Computer& Structures, Volume 79, Issue 2, Pages 163-171.
5. Nguyễn Tiến Đích (2011), “Công tác bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam”, NXB Xây dựng.
6. TCVN 9341:2012,“Bê tông khối lớn – Thi công và nghiệm thu”.
7. Biện pháp thi công công trình Vietinbank Tower Hà Nội.
Tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt...