Kết cấu thép (cấu kiện cơ bản)

1
KẾT CẤU THÉP
(CẤU KIỆN CƠ BẢN)
TS. Nguyễn Trung Kiên
Bộ môn Kết cấu công trình
Khoa Xây dựng và Cơ học ứng dụng

Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, 09-2012
2
NỘI DUNG
• TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
• LIÊN KÊǶT HÀN VÀ LIÊN KÊǶT BU LÔNG
• TÍNH TOÁN DÂDZM THÉP
• TÍNH TOÁN CỘT THÉP
• TÍNH TOÁN DÀN THÉP
3
TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Kết cấu thép – cấu kiện cơ bản (Phạm Văn
Hội và các tác giả khác – NXB KHKT 2009)
• Kết cấu thép công trình dân dụng và công
nghiệp (Phạm Văn Hội và các tác giả khác –
NXB KHKT 2006)
• Bài tập thiết kế kết cấu thép (Trần Thị Thôn
– NXB ĐHQG TPHCM 2009)
• TCXDVN 338-2005
4
NỘI DUNG
• TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
• LIÊN KÊǶT HÀN VÀ LIÊN KÊǶT BU LÔNG
• TÍNH TOÁN DÂDZM THÉP
• TÍNH TOÁN CỘT THÉP

• TÍNH TOÁN DÀN THÉP
5
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP

ĐẶC ĐIỂM KÊǶT CÂǶU THÉP

PHẠM VI ỨNG DỤNG KCT

CÁC YÊU CÂDZU ĐÔǶI VỚI KCT

VẬT LIỆU THÉP

QUY TĂǶC CÁN THÉP TRONG
XÂY DỰNG
6
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
•
Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao
• Thép có cường độ cao: f
y
=220 - 400Mpa
• Cấu trúc đồng nhất của vật liệu
•
Trọng lượng nhẹ
• “Nhẹ nhất” so với kết cấu chịu lực khác
như bê tông, gạch, đá, gỗ  c=γ/f
• Thép: c= 3,7.10
-4
m

-1
• Gỗ: c= 5,4.10
-4
m
-1
• Bê tông : c= 2,4.10
-3
m
-1
•
Công nghiệp hóa cao
•
Vật liệu, kết cấu thực hiện trong nhà máy
Öu
Cấu trúc vi mô thép [µm]
Cấu trúc bê tông [cm]
7
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP

Tính cơ động trong vận
chuyển và lắp ráp

Tính kín
• Không thấm nước
• Không thấm khí
 Bể chứa chất lỏng
Öu
Kết cấu Loggia KCTCấu trúc vi mô thép [µm] Bể chứa xăng dầu
8

A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
•
Chịu gỉ kém
Khuyết
 Bảo vệ bằng : sơn, mạ
kẽm, mạ nhôm, …
9
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
Khuyết
•
Chịu lửa kém
•
Vật liệu không cháy
•
Vật liệu chuyển sang dẻo, mất khả
năng chịu lực từ t=500-600
o
C
 Bảo vệ bằng : sơn chống lửa,
bê tông, …
10
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
•
Kết cấu thép thích
hợp với cơng trình:
•
Nhịp lớn

•
Chiều cao lớn
•
Tải trọng nặng
•
Cần trọng lượng nhẹ
•
Cần độ kín khơng
thấm
11
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
1. NHÀ CÔNG NGHIỆP
Thơng thường:
•
Kết cấu khung
•
Phần tử:
•
thanh (kéo, nén),
•
dầm (uốn),
•
cột (nén, uốn)
•
dây (kéo)
dầm
khung
dây
khungkhung

dây
dầm
thanh
dầm
dâydây
dầm
thanh
12
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
2. NHÀ NHỊP LỚN
Kết cấu vòm, L=100m
•
Nhà thi đấu TDTT, nhà triển lãm, kết cấu đỡ mái SVĐ, …
SVĐ San siro - Kết cấu dầm dàn
13
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
2. NHÀ NHỊP LỚN
•
Kết cấu dàn khơng gian
•
Phần tử kết cấu chịu lực theo 3 phương, các phân tử dàn dựa theo cấu
trúc phân tử hóa học
•
Phù hợp kết cấu nhịp lớn
14
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
3. NHÀ CAO TẦNG

Vách cứngVách cứng
15
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
3. NHÀ CAO TẦNG
 kết cấu liên hợp thép-bê tơng (composite)
Millennium Tower (Vienna - Austria) – 51 tầng
Cột composite
Lõi bê tơng
Dầm sàn composite
Sàn bê tơng
42,3 m
Khung composite
3
3
,
0
5

m
- Thi cơng :
2-2,5 lầu/1 tuần
16
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
4. KẾT CẤU TRỤ THÁP TRỤ
Tháp Eiffel - Paris
•
Chiều cao lầu 1: 57,63m
•

Chiều cao lầu 2: 115,73m
•
Chiều cao lầu 3: 276,13m
•
Chiều cao tổng cộng bao gồm anten:
324m
•
Xây dựng 1887 – 1889
•
Khối lượng : 10 100T, 4,5kg/m
2
•
Liên kết: 2 500 000 đinh tán
17
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
5. BE
Å CHỨA – ĐƯỜNG ỐNG
Bể chứa chất lỏng
18
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
6. CẦU
Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 1884
KC vòm: L=165m
19
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
6. CẦU
- Viaduc de Mileau (Pháp), 2001-2003 :

cầu cao nhất thế giới
- 320M euros, xây dựng cơng ty Eiffage
cáp
20
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
7. DÀN KHOAN
Kết cấu dàn khoan
21
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
8. KẾT CẤU KHÁC MÁI DÂY
22
A - TỞNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
1. u cầu về sử dụng:
- Đảm bảo u cầu về chịu lực
- Đảm bảo về độ bền vững, khả năng bảo dưỡng
- Đẹp
2. u cầu về kinh tế
-
Tiết kiệm vật liệu
- Cơng nghiệp khi chế tạo
- Lắp ghép nhanh
 Điển hình hóa kết cấu
III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP
23
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP
IV. VẬT LIỆU THÉP
•
Quặng sắt (Fe

2
O
3
, Fe
3
O
4
…) đem luyện  Gang (Fe và C) với C ≥ 1,7%.
Khử bớt C  Thép.
• Nếu:
+ Lượng C ≥ 1,7%  GANG
+ Lượng C < 1,7%  THÉP

Nhiều loại thép khác nhau theo thành phần hóa học, pp luyện.
Phân loại theo thành phần hóa học:
• Thép xây dựng - Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, dễ rèn
• Thép hợp kim: có thêm Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền)…
nhằm nâng cao chất lượng thép, cứng hơn thép carbon
 Thép hợp kim thấp dùng trong XÂY DỰNG (%hk < 2,5%)
Phân loại theo phương pháp luyện thép: PP lò quay, PP lò bằng
Phân loại theo mức độ khử ôxy : Thép sôi, thép tĩnh, nửa tĩnh
24
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP

Thép xây dựng :
 Có 3 loại : sôi, tĩnh, nửa tĩnh
 Chia thành 3 nhóm

Nhóm A: đảm bảo chặt chẽ về tính chất cơ học


Nhóm B : đảm bảo chặt chẽ về thành phần hóa học

Nhóm C : đảm bảo về đặc tính cơ học và hóa học  Chỉ dùng loại
này cho các kết cấu chịu lực
 Chia thành 6 hạng theo yêu cầu về độ dai xung kích

Ký hiệu thép xây dựng, vd: CCT38n2

C : Thép dùng trong kết cấu xây dựng

CT : Cacbon thường

38 : độ bền kéo đứt 38 KN/cm
2
= 380Mpa

n : nửa tĩnh

2 : hạng 2
IV. VẬT LIỆU THÉP
25
A - TỔNG QUAN VÊDZ KÊǶT CÂǶU THÉP

(1) Miền đàn hồi (E, f
y
)

(2) Thềm chảy dẻo

(3) Miền củng cố (f

u
)

(4) Miền co thắt
Biểu đồ kéo thép – quan hệ σ-ε
IV. VẬT LIỆU THÉP – Sự làm việc khi chịu kéo