Bài Tập Lớn Kết CẤU THÉP

GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KĨ THUẬT XÂY DỰNG
Môn: Kết Cấu Thép
*****
Bài tập lớn
KẾT CẤU THÉP
Sinh viên : Đỗ Thế Anh
Lớp : Xây Dựng CT Ngầm và Mỏ k57
MSSV: 1221070001
Hà Nội, 12 – 2014
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
BÀI 1
Hãy chọn và kiểm tra mặt cắt ngang dầm thép đơn giản mặt cắt
ngang hình chữ I, tổ hợp hàn theo điều kiện cường độ và độ
võng. Tính đường hàn liên kết cạnh và bụng dầm. Nhịp dầm l,
tải trọng phân bố đều p
c
, hệ số tin cậy của tải trọng
,
p g
γ γ
, hệ số
điều kiện làm việc
c
γ
, độ võng tương đối cho phép [∆/l], chiều
cao tiết diện lớn nhất hmax cho bảng :
STT
Các số liệu tính toán

L(
m)
P
c
(KG/m)
p
γ
g
γ
c
γ
l
∆
 
 
 
hmax Loại thép
4 13 12200 =
122KN/m

1,2

1,2

1
1
400
_ CCT34

Y

Y
X X
b
f
t
f
t
w
t
f
1300
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
1, Chọn tiết diện dầm
a, Xác định chiều cao tiết diện dầm h
*, Tính chiều cao hmin theo giả thiết rằng hệ số vượt tải trung bình
1,2
tb p
γ γ
= =
min
5
. . .
24
tb
f l l
h
E
γ
 

=
 
∆
 
Do thép CCT34 tra bảng f = 190.10
3
KN/m
2
E = 2,1. 10
5
N/mm
2
=2,1.10
8
KN/m
2
Hmin =
3
8
5 190.10 1300
. .400.
24 210.10 1,2
= 81,7 cm
• Tính chiều cao h
kt
Mx
Qy
ql/2
ql/2
ql /8

2
p = 122 KN/M
c
Nhận thấy dầm là tổ hợp hàn chọn k = 1,2
-
Từ biểu đồ , momen lớn nhất tại tiết diện giữa dầm:
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
Mmax =
2
2
3
. .
122.1,2.13
3,09.10
8 8
c
c
P l
KNm
γ
= =
-
Mô men kháng uốn cần thiết
3
3
xct
3
max 3,09.10
W 0,016

. 190.10 .1
c
M
m
f
γ
= = =
-
Chiều cao kinh tế h
kt
là
xct
W
.
t
kt
h h
ω
=
Với h ~ hmin sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dày bản
bụng dầm
3. min 3.81,7
7 7 9,45
1000 1000
h
t mm
ω
= + = + =
Chọn sơ bộ
10t mm

ω
=
Vậy h
kt
= 1,2.
3
0,016
1,53
9,8.10
m
−
=
-
Theo điều kiện đầu bài , hmax không bị khống chế chọn chiều cao
dầm
min
h h≥
và càng gần h
kt
càng tốt. Vì vậy, chọn h= 1,5 m
b, Chọn chiều dày bản bụng : Gần đúng coi rằng , tại tiết diện đầu dầm,
chỉ có riêng bản bụng chịu lực cắt Q
max
-
Xác định lực cắt lớn nhất tại tiết diện đầu dầm
. .
122.1,2.13
max 951,6
2 2 2
c

p
p l
ql
Q KN
γ
= = = =
-
Cường độ chịu cắt f
v
=
0,58.
y
M
f
γ
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
Tra bảng ta có CCT34 => f
y
= 200.10
3
KN/m
2
Và
1,05M
γ
=

3
3 2

0,58.200.10
110,476.10 /
1,05
v
f KN m= =
-
Chọn t
f
chiều dày cánh dầm theo cấu tạo t
f
= 0,02m

2. 1,5 2.0,02 1,46
f
h h t m
ω
= − = − =
-
Từ đó , xác định được chiều dày cần thiết của bản bụng dầm
3
3. max 3 951,6
. 0,88
2. . . 2 1,46.110,476.10
v c
Q
t cm
h f
ω
ω γ
= = =

Chọn chiều dày bản bụng
9t mm
ω
=
c, Xác định kích thước tiết diện cánh dầm
2
2
3 3
3 2
3 2
.
max 2
. . .
. 2 12
3,09.10 .1,5 0,09.1,46 2
. 9.10
1,9.10 .2 12 1,48
f f
c fk
t h
M h
b h
f h
cm
ω ω
γ
−
 
= −
 ÷

 
 
= − =
 ÷
 
-
Chiều dày tính toán bản cánh đã chọn
0,02
f
t m=
Tính được chiều dày bản cánh
3
9.10
0,45
0,02
f
b m
−
= =
-
Do tải trọng uốn dùng để tính tính ra tiết diện yêu cầu trên chưa kể
đến trọng lượng bản thân dầm, nếu kể đến tiết diện dầm sẽ lớn hơn
Vì vậy, chọn chiều rộng cánh dầm b
f
= 48cm >45 cm
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
Tỷ số
48
24 30

2
f
f
b
m
t
= = <
, điều kiện ổn định cục bộ,bản cánh sẽ dễ
dàng thỏa mãn.
 Tiết diện dầm chọn với các kích thước cụ thể:
Y
Y
X X
480
20
9
20
1300
2, Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ
-
Tính toán lại chính xác các đặc trưng hình học của tiết diện dầm
+ Diện tích tiết diện dầm A=
f
A A
ω
+
=0,009.1,46 +2.0,02.0,48=0,032m
2
+ Mô men quán tính và mô men kháng uốn của tiết diện đối với trục
trung hòa X-X

3 2
3
3 3 2 2
4
. . .
.
2.
12 12 4
9.10 .1,46 0,48.0,02 0,48.0,02.1,48
2 0,013
12 12 4
f f f f fk
x f
b t b t h
t h
I I I
m
ω ω
ω
−
 
= + = + + =
 ÷
 ÷
 
 
= + + =
 ÷
 
2 3

x
2.
2.0,013
W 1,73.10
1,5
x
I
m
h
−
= = =
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
+ Mô men tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hòa X-X
2
2 2
3 3
.
. .
8 2
1,46 1,48
9.10 . 0,48.0,02. 0,013
8 2
fk
x f f f
h
t h
S S S b t
m
ω ω

ω
−
= + = +
= + =
-
Kiểm tra điều kiện cường độ
+ Tải trọng uốn tính toán, kể cả trọng lượng bản thân dầm
. . . 122.1,2 0,032.78,5.1,2 149,41 /
c
p g
q p A KN m
γ ρ γ
= + = + =
( trong đó
3 3
7850 / 78,5 /KG m KN m
ρ
= =
)
+ Tiết diện giữa dầm có :
2 2
149,41.13
max 3156,3
8 8
ql
M KNm= = =
+ Ứng suất pháp lớn nhất tại thớ ngoài cùng của tiết diện này.
2
2
x

max 3156,3
182445,09 /
W 173.10
x
M
KN m
δ
−
= = =
Và
2
. 190000 /
x c
f KN m
δ γ
≤ =
+ Tiết diện đầu dầm có Q = Qmax = ql/2 = 971,2 KN
+ Ứng suất tiếp lớn nhất đặt tại thớ giữa bụng (X-X)
2
3
max.
971,2.0,013
107911 /
. 0,013.9.10
x
x
Q S
KN m
I t
ω

τ
−
= = =
Và
3 2
. 110,476.10 /
v c
f KN m
τ γ
< =
3, Kiểm tra độ võng của dầm với tiết diện đã chọn
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
-
Chọn chiều cao dầm h= 150cm lớn hơn rất nhiều so với chiều cao
bé nhất của dầm hmin= 81,7 cm. Vì vậy, không cần kiểm tra độ
võng của dầm, điều kiện này chắc chắn là thỏa mãn.
-
Dầm chịu tải phân bố đều tiêu chuẩn
. 122 0,032.78,5 124,5 /
c c c c
q p g p A KN m
ρ
= + = + = + =
-
Tính toán và kiểm tra độ võng tương đối lớn nhất
3
5 . 1
.
384 . 767

c
x
q l
l E I
∆
= =
Giá trị này rất nhỏ hơn so với độ võng tương đối cho phép
1
400l
∆
 
=
 
 
4, Kiểm tra ổn định tổng thể
x
.
.W
c
b
M
f
σ γ
ϕ
= ≤
-
Với dầm tổ hợp hàn chữ I
2
3
0

. .
8 1
. .
fk f f f
l t a t
h b b t
ω ω
α
   
= +
 ÷  ÷
 ÷  ÷
   
Trong đó a= 0,5 h
fk
=0,5.1,48 = 0,74 m

2
3 3
8.9.10 0,74.1,46.10 .9
8. 1 0,44
1,48.0,48 0,48.0,02
α
− −
   
= + =
 ÷  ÷
   
Tra bảng 3.3 =>
1,6 0,08 1,6 0,08.0,44 1,635

ψ α
= + = + =
Hệ số φ
1
là
2
1
y
x o
I
h E
I l f
ϕ ψ
 
=
 
 
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
Trong đó
3
2
3 3
4 4
.
.
1,46.0,009 0,02.0,48
2. 2. 3,69.10
12 12 12 12
f f

y
t b
h t
I m
ω ω
−
−
= + = + =
I
x
= 0,013 m
4

2
4 8
1
3
3,69.10 1,5 2,1.10
1,635. . . 0,68 0,85
0,013 13 190.10
ϕ
−
 
= = <
 ÷
 
1
0,68
b
ϕ ϕ

= =
Khi đó ứng suất tới hạn:
2
2
x
3156,3
268301,59 /
.W 0,68.1,73.10
b
M
KN m
δ
ϕ
−
= = =
Nhận thấy
3
. 190.10 /
c
f KN m
δ γ
> =
Dầm mất ổn định tổng thể
5, Kiểm tra ổn định bản cánh
-
Kiểm tra theo công thức
of
f
0,5
t

b
E
f
≤
trong đó
of
0,24
2
f
b t
b m
ω
−
= =
Nhận thấy
8
3
0,24 2,1.10
0,5.
0,02 190.10
≤
( luôn đúng )
Dầm thỏa mãn điều kiện ổn định cánh.
6, Kiểm tra bản bụng
• Sự mất ổn định cục bộ do tác dụng của ứng suất tiếp
3
8
1,46 190.10
. 4,87 3,2
0,009 2,1.10

h
f
t E
ω
ω
ω
λ
= = = >
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
Như thế
ω ω
λ λ
 
>
 
-> bản bụng dầm bị mất ổn định do ứng suất tiếp,
cần phải gia cố.
• Sự mất ổn định cục bộ của bản bụng dưới tác dụng ứng suất pháp
3
8
1,46 190.10
5,5 5,5
0,009 2,1.10
0,013 0,165( ô lý )
h
E
t f
v
ω

ω
 
 
= <=> =
 
 
 
 
<=> =
Bản bụng dầm bị mất ổn dịnh dưới tác dụng của ứng suất pháp, ta
cần đặt thêm các đôi sườn ngang
• Sự mất ổn định bản bụng dầm dưới tác dụng đồng thời của ứng
suất pháp và ứng suất tiếp
-
Nhận thấy
ω
λ
=4,876< 6
-
Kiểm tra ổn định bản bụng theo công thức:
-
2 2
c
cr cr
δ τ
γ
δ τ
   
+ ≤
 ÷  ÷

   
Trong đó:
4
3
2
2
2
2
3156,3.1,46
. 2048998
W 1,73.10 .13
951,6
72420
. 1,46.0,009
.
30.190.10
4,87
0,76
10,3(1 )
cr
cr
v
cr
o
h
M
h
Q
h t
C f

f
ω
ω ω
ω
ω
δ
τ
δ
λ
τ
µ
λ
−
= = =
= = =
= =
= +
7, Tính liên kết hàn bản cánh và bản bụng
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
-
Xác định chiều cao cần thiết đường hàn
min
.
2( . ) . .
f
f
x c
Q S
h

B f I
ω
γ
≥
Trong đó :
{ }
3 3
min
951,6
. .
0,48.0,02.1,48
7,1.10
2 2
( . ) min . ; .
f f fk
f
f f s s
Q KN
b t h
S m
B f B f B f
ω ω ω
−
=
= = =
=
Chọn que hàn N42 =>
3 2
180.10 /
f

f KN m
ω
=
Theo phương pháp hàn tay:
0,7
1
f
s
β
β
=
=
3 2
3 3 3
0,45 0,45.340 153.10 /
. 0,7.180.10 126.10 /
s u
f f
f f KN m
B f KN m
ω
ω
= = =
=> = =
3 3
3
3
3
. 153.10 /
951,6.7,1.10

2,06.10
2.126.10 .0,013
s s
f
B f KN m
h m
ω
−
−
=> =
− − − > = =
PP
hàn
h
f
min khi t
max
(mm)
4 - 6 6 - 10 11 - 16 17-22 23-32 33-40 41-80
Hàn
Tay
4 5 6 7 8 9 10
Hàn
Máy
3 4 5 6 7 8 9
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
 Chiều dày đường hàn cần thiết theo tính toán khá bé, h
f
= 2,06.10

-3

m, nhưng bản thép liên kết dày nhất t
max
= t
f
= 20 mm, vì vậy chọn
chiều cao đường hàn góc theo điều kiện cấu tạo h
f
= 7 mm và hàn
suốt chiều dài dầm.
BÀI 2
Thiết kế cốt đặc chịu nén đúng tâm, chịu lực nén N. Chiều cao cột L. Hệ
số điều kiện làm việc
1
c
γ
=
. Các số liệu cho trong bảng:
STT
Các số liệu tính toán
L(m) N Liên kết ở
chân cột
Liên kết ở
đầu cột
Loại thép làm
cột
4
3,5 260,1.10
3

KG
= 2601KN
Ngàm Tự do CCT38
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP


h
t
f
t
f
t
w
b
y
Y Y
X
X
1, Xác định tiết diện
-
Chọn khung tiết diện đối xứng chữ H tổ hợp
-
Dùng thép tấm với
20t mm≤
, mác CCT38 có f= 230.10
3
KN/m
2
-

Xác định chiều cao dài tính toán và sơ bộ, chọn độ mảnh của cột
Do chân cột là liên kết ngàm, đầu cột tự do nên
2.3,5 7
2.3,5 7
y
x
l m
l m
= =
= =
-
Nhận thấy cột có N = 2610 KN nên
92,02
gt
λ
=
tra bảng ta được
0,625
ϕ
=
-
Diện tích cần thiết của tiết diện cột:
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
2
3
2601
0,018
. . 0,625.230.10 .1
yc

c
N
A m
f
ϕ γ
= = =
-
Xác định kích thước các bản cánh và bản bụng:
Bề rộng và chiều cao cần thiết của tiết diện cột là:
7
0,324
0,24.90
7
0,185
0,42.90
y
ct
y gt
x
ct
x gt
l
b m
l
h m
α λ
α λ
= = =
= = =
Trong đó ta tra bảng:

0,24
0,42
y
x
α
α
=
=
• h = (1-1,15 )b
• Chọn
0,3
f
h h m
ω
= =
, phù hợp với h = (1-1,15 )b
• Chọn
6 10 16
8 30 40
f
mm t mm mm
mm t mm mm
ω
< = <
< = <
 Vậy tiết diện cột là
 Bản cánh: A
C
= 2.0,3.30.10
3

= 0,018 m
2
 Bản bụng A
b
= 0,3.10.10
-3
= 0,003 m
2
 A = A
c
+ A
b
= 0,021 m
2
> A
yc
2, Kiểm tra tiết diện cột
-
Xác định các đặc trưng tiết diện
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
3 3
4 4
3 3
4 4
0,3.0,36 0.29.0,3
5,139.10
12
2.0,03.0,3 0,3.0,01
1,35025.10

12
x
y
I m
I m
−
−
−
= =
+
= =
0,156
0,08
x
x
y
y
I
i m
A
I
i m
A
= =
= =
-
Tính toán và kiểm tra yêu cầu về độ mảnh
[ ]
ax
7

14,9
0,156
7
87,5 120
0,08
x
x
x
y
y m
y
l
i
l
i
λ
λ λ λ
= = =
= = = = < =
 Đảm bảo yêu cầu về độ mảnh
-
Kiểm tra ổn định tổng thể
Từ
ax
87,5
m
λ
=
và f = 230.10
3

KN/m
2
Tra bảng hệ số φ ở phần phụ lục có φ = φ
min
=0,64344
2 3 2
min
2601
192623,9 / . 230.10 /
. 0,613.0,021
c
N
KN m f KN m
A
γ
ϕ
= = < =
Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định tổng thế:
-
Kiểm tra ổn định cục bộ
+ Độ mảnh quy ước của cột:
3
ax
8
230.10
. 87,5. 2,9
2,1.10
m
f
E

λ λ
= = =
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
+ Độ mảnh giới hạn của bản bụng là :
8
2 2
3
2,1.10
(1,3 0,15 ) (1,3 0,15.2,9 ) 77,4
230.10
h
E
t f
ω
ω
λ
 
= + = + =
 
 
Có
3
0,3
30 77,4
10.10
h
t
ω
ω

−
= = <
Bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ
8
3
2,1.10
30 2,3. 69,5
230.10
h
t
ω
ω
= < =
Bản bụng không phải đặt sườn ngang
-
Độ mảnh giới hạn của bản cánh
( )
8
3
2,1.10
0,36 0,15 (0,36 0,1.2,9) 20,55
210.10
o
h
E
t f
 
= + = + =
 
 

Có
0,3 0,01
4,83 20,55
2.0,03
o o
f
h h
t t
−
 
= = < =
 
 
Bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ
 Liên kết hàn bản cánh với bản bụng, lấy theo cấu tạo h
f
= 6mm,
hàn cả hai bên bản bụng.
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57
GIÁO VIÊN: LÊ TUẤN ANH bài tập lớn KẾT CẤU THÉP
****** HẾT ******
SV: Đỗ Thế Anh Lớp: XDCT Ngầm và Mỏ K57