6.2.Theùp baớn:
- Được dùng nhiều trong xây dựng chiếm 40 ÷ 60% trọng lượng công trình, dễ tạo ra các cấu kiện theo thiết kế. Có các loại sau:
* Loại phổ thông: δ = 4 ÷ 60 mm; b = 160 ÷ 1050 mm; l = 6 ÷12 m.
* Loải daìy: δ = 4 ÷160 mm; b = 600 ÷ 1400 mm; l = 4÷8 m.
* Loải moíng: δ = 0,2 ÷ 4 mm; b = 600 ÷ 1400 mm; l = 1,2 ÷ 4 m.
- Sử dụng: Làm kết cấu bản, lợp mái, dập thành thép hình mỏng có dạng đặc biệt...
ξ7.Phương pháp tính kết cấu thép:
7.1.Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (TTGH):
1.Âởnh nghộa:
TTGH là trạng thái mà kết cấu không thể sử dụng được nữa do mất khả năng chịu lực hay biến dạng vượt quá giới hạn cho phép.
2.Các trạng thái giới hạn:
Có 3 trạng thái giới hạn:
a. TTGH thứ nhất (về cường độ):
Gồm các trạng thái kết cấu mất khả năng chịu lực hoặc không sử dụng được nữa do: Bị phá hoại về bền, mất ổn định, mỏi hay bị biến đổi hình dạng.
Điều kiện làm việc: N≤ Φ (1.24)
Trong âọ:
- N: Nội lực phát sinh trong kết cấu do tải trọng tính tóan gây ra. Công thức tổng quát:
N=∑ (1.25)
=
⋅
n ⋅
i
i i tc
i n
p
1
α
* Pitc: Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình .
* αi: Nội lực sinh ra trong kết cấu khi có tải trọng tiêu chuẩn đơn vị Pitc=1 tạc dủng.
* ni: Hệ số vượt tải tương ứng tải trọng Pitc nhằm kể đến khả năng tải trọng thực tế lớn hơn tải trọng tiêu chuẩn trong quá trình làm việc của kết cấu.
* n: Số tải trọng tác dụng lên công trình.
- Φ: Khả năng chịu lực của kết cấu phụ thuộc vào đặc trưng hình học tiết diện và tính chất cơ học của vật liệu. Công thức tổng quát:
Φ = γ .F.R (1.26)
* γ : Hệ số điều kiện làm việc.
* F: Đặc trưng hình học tiết diện (Diện tích F, mômen chống uốn W, mọmen quạ tờnh J, mọmen tộnh S...).
* R: Cường độ tính tóan của vật liệu.
b.TTGH thứ hai (về biến dạng):
Là trạng thái mà kết cấu không thể sử dụng bình thường do biến dạng vượt quá biến dạng giới hạn.
Điều kiện làm việc: ∆ ≤ ∆gh (1.27 )
- ∆: Biến dạng (võng, lún, rung , nứt...) của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gáy ra.
Công thức tổng quát:
∆ =∑ (1.28)
= n ⋅
i
i tc
pi 1
δ
Pitc: Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình .
δi: Biến dạng của kết cấu khi có tải trọng tiêu chuẩn đơn vị Pitc=1 tạc dủng.
- ∆gh: Biến dạng giới hạn của kết cấu cho trong quy phạm
Chú ý: Khi tính toán kết cấu theo TTGH thứ hai, việc tính biến dạng sử dụng tải trọng tiêu chuẩn (không kể đến hệ số vượt tải) vì tính chất thay đổi giá trị nhất thời của tải trọng không làm ảnh hưởng đến biến dạng của kết cấu (chỉ sinh ra do tác động lâu dài, ổn định của tải trọng)
c.TTGH thứ ba (về khe nứt ):
Là trạng thái kết cấu không sử dụng được nữa do đã hình thành và phát triển khe nứt.
Kết cấu thép chỉ tính với hai trạng thái thứ nhất và thứ hai vì thép không được nứt.
3.Cường độ tính toán - Hệ số điềukiện làm việc:
a.Cường độ tính toán R : Là cường độ đảm bảo kết cấu làm việc với xác suất an toaìn 95 %.
R= Rtc /γm (1.29)
- γm : Hệ số an toàn của vật liệu tính đến các yếu tố bất lợi làm giảm cường độ kết cấu k < 1.
Ví dụ: Thép cường độ thường, vừa có σc ≤ 3800kg/cm2 Ư γm= 1,05; thép cường õọỹ cao σc ≥ 3800kg/cm2ặ γm= 1,15...
- Rtc: Cường độ giới hạn tiêu chuẩn của thép quy định trong tiêu chuẩn thiết kế.
* Thép không có vùng chảy hoặc thép được phép làm việc quá giới hạn deío: Rtc = σb.
* Thép có vùng chảy, không cho phép biến dạng dẻo Rtc = σc. Vê dủ: Thẹp CT3 cọ σc=2400 kg/cm2 ; R:=2100 kg/cm2
Trạng thái ứng suất Ký hiệu CT3; CT4 CT5 Đơn vị
Kéo, nén và uốn R 2100 2300 Kg/cm2
Cắt Rc 1300 1400 Kg/cm2
Eùp mặt Rem 3200 3400 Kg/cm2
b.Hệ số điều kiện làm việc: (γ)
- Là hệ số kể đến mức độ làm việc của kết cấu thuận lợi hay bất lợi so với điều kiện bình thường (Tải trọng dài hạn tác dụng lặp nhiều lần, các giả thiết tính toán là gần đúng, ảnh hưởng của môi trường to,ω) Tra phụ lục I.1.
Ví dụ: Dầm bụng đặc và các thanh nén trong dàn γ = 0,9; dầm bụng đặc khi tính ổn định tổng thể γ = 0,95; cột nhà dân dụng, cột trụ tháp nước γ = 0,95... vỏ ngoài hay đáy bể chứa γ = 0,8;
Ngoài ra, còn có tải trọng hay nội lực phải nhân với hệ số an toàn sử dụng γn phụ thuộc mức độ quan trọng, cấp và độ bền công trình.
Công trình dân dụng công nghiệp thông thường: γn= 0,98;
Công trình đặc biệt quan trọng như công trình công cộng, tháp truyền hình...: γn = 1 Cọng trỗnh khọng quan trong nhỉ nhaỡ kho, nhaỡ tảm: γn = 1
4.Tải trọng - Tổ hợp tải trọng:
a.Tải trọng: Bao gồm:
- Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải): Là tải trọng không đổi về phương, chiều, giá trị như: Trọng lượng bản thân kết cấu, tác dụng ứng lực trước, trọng lượng đất đắp...
- Tải trọng tạm thời (Hoạt tải): Là tải trọng không tác dụng thường xuyên trên công trình gồm các loại:
* Hoạt tải dài hạn: Trọng lượng thiết bị, vật tư, nước trên tháp hay bể chứa...
* Hoạt tải ngắn hạn: Gió, tải trọng người đi lại sửa chữa, đồ đạc, thiết bị nâng cẩu...
- Tải trọng đặc biệt: Xuất hiện trong tình huống đặc biệt như: Động đất, nổ, sự cố kỹ thuật..
b.Tải trọng tiêu chuẩn - tải trọng tính toán:
- Tải trọng tiêu chuẩn : Xác lập trên cơ sở xác suất thống kê, được cho trong tiêu chuẩn, đó là trị số tải trọng lớn nhất có thể có trong công trình khi sử dụng bình thường.
- Tải trọng tính tóan : Kể đến thay đổi giá trị của tải trọng tiêu chuẩn do những sai lệch ngẫu nhiên khác với những điều kiện bình thường, đặc trưng bởi hệ số vượt tải n quy định trong quy phạm. Ví dụ: Trọng lượng kết cấu chế tạo ở công xưởng n
= 1,1; ở công trường n = 1,2; tải trọng gió n = 1,3, hoạt tải sàn n = 1,2 ÷1,4.
c. Tổ hợp tải trọng: Gồm các loại sau:
-Tổ hợp cơ bản: Gồm tĩnh tải + hoạt tải dài hạn + nc.hoạt tải ngắn hạn.
-Tổ hợp đặc biệt: Gồm tĩnh tải+hoạt tải dài hạn + nc.(hoạt tải ngắn hạn + 1 tải trọng đặc biệt)
Với: nc là hệ số tổ hợp (được dùng vì xác suất xảy ra đồng thời các loại tải trọng tác dụng lên công trình với trị số lớn nhất là ít hơn so với trường hợp một hay vài tải troüng riãng leí).
* Tổ hợp cơ bản: nc =1 khi có một loại hoạt tải ngắn hạn; nc = 0,9 khi có nhiều hơn hai loại hoạt tải ngắn hạn;
* Tổ hợp đặc biệt: nc =0,8 đối với mọi hoạt tải ngắn hạn.
7.2.Phương pháp tính theo ứng suất cho phép:
-Theo phương pháp này, ứng suất lớn nhất do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra trong kết cấu không vượt quá ứng suất cho phép trong quy phạm.
σ ≤ [ σ ] = k0
σc
(1.30)
σ :Ứng suất do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra trong kết cấu [σ ]: Ứng suất cho phép theo quy phạm
k0: Hệ số an toàn phụ thuộc nhiều yếu tố:
* Tải trọng thực tế có thể lớn hơn tổ hợp tải trọng tính toán
* Lúc dựng lắp sử dụng kết cấu có khuyết tật.
* Giới hạn chảy và tính chất cơ học thực tế có thể nhỏ hơn trị số tiêu chuẩn.
* Kết cấu thực có sai khác so với kết cấu tính toán.
* Điều kiện làm việc thực tế phức tạp hơn so với điều kiện tính oạn...
t
7.3.So sạnh hai phỉồng phạp:
-Xét dầm chịu uốn.
* Theo TTGH: M = n . M tc≤ Φ = γ. k. σc.W ặ σ = W Mtc ≤
k n
c
γ.
σ = '
o c
k σ (*)
* Theo ứng suất cho phép: σ = W
Mtc ≤ [ σ ] = k0
σc
(** )
- Nhận xét: So sánh (*) và (**) về hình thức tương tự song lại khác ở các trị số an oaìn k
t 0≠ k’0.
* Trong phương pháp TTGH, k0 là tổ hợp của các hệ số (hệ số vượt tải n, hệ số điều kiện làm việc, hệ số đồng chất k), hệ số vượt tải n cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng loại tải trọng trong những điều kiện làm việc cụ thể do đó kết cấu làm việc với õọỹ an toaỡn cao.
* Trong phương pháp ứng suất cho phép, k0 là hệ số trung bình nên phương pháp TTGH chính xác hơn và tiết kiệm vật liệu, có cơ sở khoa học, sát với thực tế nên được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, xác định các hệ số n, γ , k của một số kết cấu đặc biệt (cầu, của van...) khá phức tạp nên vẫn còn sử dụng phương pháp ứng suất cho phép để tính tóan.
Chổồng 2: