Nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của dầm thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN NHƯ PHONG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ
CỦA DẦM THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN NHƯ PHONG
KHÓA: 2013-2015

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ
CỦA DẦM THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐOÀN TUYẾT NGỌC

HÀ NỘI –2015


LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các
thầy cô giáo trong Khoa đào tạo sau Đại Học - Trường Đại Học Kiến Trúc
Hà Nội vì những giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng
như khi tiến hành làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Kết cấu
Thép Gỗ - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng
góp quý báu cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn PGS.TS
Đoàn Tuyết Ngọc đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn và đưa ra
nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu
và động viên tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp, gia đình đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Tác giả

Nguyễn Như Phong

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan Luận văn Thạc sỹ là công trình nghiên cứu độc lập
của tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận văn có nguồn gốc rõ
ràng.

Tác giả

Nguyễn Như Phong




DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ac

Diện tích tiết diện nguyên của một vùng chịu nén

Ac,eff

Diện tích tiết diện hữu hiệu do mất ổn định của tấm

Aeff

Diện tích tiết diện hữu hiệu

Ag

Diện tích tiết diện nguyên

Ag,i

Diện tích tiết diện nguyên của phần tử thứ i

As

Diện tích tiết diện hữu hiệu của sườn

b

Bề rộng của tấm được hoặc không được tăng cường

be

Các phần tử của chiều rộng hữu hiệu

beff

Chiều rộng hữu hiệu

bp

Chiều rộng của bản cánh tính từ tim các góc uốn

bp,c

Chiều rộng của sườn tính từ tim các góc uốn

bp,d

Chiều rộng của mép sườn tính từ tim các góc uốn

c

Chiều rộng phẳng của bản cánh

ceff

Chiều rộng hữu hiệu của sườn

deff

Chiều rộng hữu hiệu của mép gấp sườn

E

Môđun đàn hồi của thép

fu

Cường độ bền

fy

Cường độ chảy

fya

Cường độ chảy trung bình

fya

Cường độ chảy cơ bản

G

Môđun đàn hồi trượt

H

Chiều cao tiết diện

Is

Mômen quán tính hữu hiệu của sườn

K

Độ cứng đàn hồi trên một đơn vị dài

kσ

Hệ số mất ổn định


n

Số lượng góc uốn 900

Rd

Giá trị thiết kế của độ bền

Rk

Giá trị đặc trưng của độ bền

r

Bán kính uốn phái trong

t

Chiều dày bản thép thiết kế trước khi tạo hình

Wel, Wx

Mômen kháng uốn đàn hồi đối với trục x

Weff

Mômen kháng uốn hữu hiệu đàn hồi của mặt cắt ngang

Weff,y

Mômen kháng uốn quanh trục y của mặt cắt hữu hiệu

Wy

Mômen kháng uốn nguyên theo trục y

α

Hệ số không hoàn thiện

αlt

Hệ số không hoàn chỉnh về ổn định oằn uốn xoắn

ε

Biến dạng

λel

Độ mảnh đàn hồi của phần tử

λlt

Độ mảnh tương đối về ổn định oằn uốn xoắn

ψ

Tỷ lệ ứng xuất

Φlt

Giá trị để xác định hệ số suy giảm

σcom,Ed

Ứng suất nén thiết kế

σcr

Ứng suất tới hạn về ổn định đàn hồi

σcr,s

Ứng suất tới hạn đàn hồi của sườn

f 1, f 2

Ứng suất ở hai đầu phần tử

χ

Hệ số suy giảm do méo

φb

Hệ số giảm khả năng chịu uốn

φ

Hệ số hình dạng

lo

Nhịp tính toán giữa hai đoạn dầm có giằng

l

Nhịp dầm

χLT

Hệ số suy giảm khi tính ổn định do oằn xoắn ngang

 LT

Độ mảnh quy đổi


Mcr

Mômen đàn hồi tới hạn

Mb,Rd

Mômen chống oằn

kc

Hệ số đặc trưng của mặt cắt liên hợp

k1

Hệ số độ cứng chống uốn của sàn

k2

Hệ số độ cứng chống uốn của bản bụng dầm thép

αLT

Hệ số dạng cong oằn xoắn

kshadow

Hệ số điều chỉnh

αc

Hệ số truyền nhiệt đối lưu


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu

Tên bảng

bảng
2.1

Hệ số ψ đối với dầm tiết diện chữ I có 2 trục đối xứng

2.2

Hệ số  LT

2.3

Chiều cao lớn nhất của dầm thép liên hợp để tránh bị oằn tại
vùng mômen âm

3.1

Thông số tiết diện tính toán dầm hình I60

3.2

Thông số tiết diện tính toán dầm tổ hợp

3.3

Tổng hợp tính toán ổn định tổng thể 4 loại dầm thép

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ
1.1

Hệ dầm thép

1.2

Hệ dầm thép trong nhà dân dụng

1.3

Hệ dầm thép trong nhà dân dụng

1.4

Hệ dầm thép trong nhà dân dụng

1.5

Hệ dầm thép trong nhà công nghiệp

1.6

Hệ dầm thép trong nhà công nghiệp

1.7

Hệ dầm thép trong kết cấu cầu

1.8

Hệ dầm thép trong kết cấu cầu

1.9

Tiết diện dầm hình

1.10

Tiết diện dầm hình

1.11

Tiết diện dầm tổ hợp

1.12

Dầm liên hợp - thép bêtông

1.13

Một số loại tiết diện dầm liên hợp

1.14

Hệ dầm liên hợp

1.15

Một số tiết diện thép thanh thành mỏng

1.16

Hệ dầm mái thanh thành mỏng

1.17

Dầm vát

1.18

Cầu Bà Dầu- Quảng Ngãi đổ sập nhịp giữa khi đang thi công
26/12/2011

1.19

Mất ổn định dầm cầu thép.

1.20

Dầm thép đổ sập tại Đại học Windsor 12/4/2013.

2.1

Mất ổn định tổng thể của dầm

2.2

Sự oằn bên uốn xoắn

2.3

Mô hình khung chữ U ngược

3.1

Kích thước tiết diện dầm hình

3.2

Sơ đồ chất tải

3.3

Kích thước tiết diện dầm tổ hợp

3.4

Sơ đồ chất tải

3.5

Sơ đồ tính và kích thước tiết diện dầm

3.6

Sơ đồ tính và kích thước tiết diện phần cánh

3.7

Tiết diện hiệu quả phần biên

3.8

Tiết diện hiệu quả của phần biên

3.9

Sơ đồ chất tải.


3.10

Sơ đồ tính toán

3.11

Sơ đồ chất tải.


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện nay kết cấu thép và dầm thép được sử dụng phổ biến trong kết
cấu nhà cao tầng, nhà nhịp lớn, kết cấu cầu... do có nhiều ưu điểm về chịu
lực, sử dụng và giá thành. Khi thiết kế công trình nói chung cũng như kết
cấu thép nói riêng nếu chỉ kiểm tra điều kiện bền và cứng không thôi thì
chưa đủ để phán đoán khả năng làm việc của công trình. Trong nhiều
trường hợp, đặc biệt đối với các công trình chịu tải trọng lớn, nhịp lớn tuy
tải trọng chưa đạt đến giá trị phá hoại, đôi khi còn nhỏ hơn giá trị cho
phép về điều kiện bền, điều kiện cứng nhưng công trình vẫn có thể bị mất
khả năng bảo toàn trạng thái cân bằng ban đầu, chuyển sang trạng thái cân
bằng khác. Hệ cân bằng mới này sẽ gây ra những ứng suất phụ và làm cho
công trình bị phá hoại, đó là hiện tượng công trình bị mất ổn định. Đặc

biệt là đối với kết cấu thép, do có khả năng chịu lực lớn, tiết diện kết cấu
thường thanh mảnh, vì vậy rất dễ bị mất ổn định làm cho toàn công trình
và hệ kết cấu bị phá hoại. Với lý do đó, đề tài nghiên cứu về ổn định tổng
thể của dầm thép nói chung, đặc biệt là đối với dầm liên hợp, dầm thành
mỏng mà trong quy phạm Việt Nam còn chưa được đề cập tới.
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu sự mất ổn định tổng thể của dầm thép nói chung. Các
biện pháp để tăng cường khả năng ổn định tổng thể của dầm thép với sơ
đồ dầm đơn giản, dầm liên tục...
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu về ổn định tổng thể của dầm thép định hình, dầm thép
tổ hợp, dầm thép thành mỏng, dầm liên hợp thép-bêtông.


2

Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
Vật liệu làm việc trong trạng thái đàn hồi, dầm trong nhà cao tầng,
dầm trong nhà nhịp lớn, dầm tiết diện chứ I.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các lý thuyết tính toán, dùng ví dụ tính toán để khảo
sát, rút ra các kết luận.
Cơ sở khoa học
Tiêu chuẩn thiết kế thép:TCVN338 - 2005
Tiêu chuẩn Châu âu Eurocode 3,4
Tiêu chuẩn Austrialian/ New Zeland: standard 4600:2005
Ý nghĩa thực tiễn
Là tài liệu cho các kỹ sư Xây dựng sử dụng trong xây dựng công
trình.
Là tài liệu sử dụng cho các nghiên cứu về lý thuyết tính toán dùng

cho các luận văn cao học.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


75

KẾT LUẬN
Tính toán ổn định tổng thể là một trong các nhiệm vụ thiết kế của
dầm. Thông thường, trong quá trình làm việc cánh trên của dầm nếu được
giữ chắc chắn bởi hệ bản sàn hoặc hệ giằng thì chỉ cần kiểm tra tại vị trí
gối tựa. Tại đây, cánh dưới của dầm chịu nén, dầm có thể mất ổn định oằn
xoắn ngang. Trong quá trình thi công dầm nếu dầm không được giằng giữ
đầy đủ, nhất thiết phải kiểm tra ổn định tổng thể của dầm.
Tính toán ổn định tổng thể của dầm thép định hình và dầm tổ hợp
theo tiêu chuẩn Việt Nam khá đơn giản, trong đó hệ số φb phụ thuộc vào
vật liệu, cấu tạo dầm, tải trọng tác dụng. Trong một số trường hợp với tải
trọng xác định có thể lập bảng tra sẵn để tiện dùng.
Ổn định tổng thể của dầm thành mỏng, dầm liên hợp thép-bêtông
tính toán khá phức tạp. Đặc biệt là dầm thành mỏng, phải tính toán tiết
diện hiệu quả và đảm bảo ổn định vênh của tiết diện. Hiện tại, tại Việt

Nam chưa có tiêu chuẩn tính toán ổn định tổng thể của hai loại dầm này.
Đối với dầm liên hợp, tiết diện dầm thép vì có sự làm việc kết hợp
giữa hai vật liệu bêtông và thép, do vậy ổn định tổng thể sẽ được tăng lên.

KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của các loại dầm thép khi
chịu nhiệt độ cao.


76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

Đoàn Định Kiến, Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội,
NXB Xây dựng, 2011.

2.

Phạm Văn Hội, Kết cấu liên hợp Thép-Bêtông, NXB Khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội, 11/2010.

3.

Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn
Tường, Kết cấu thép- cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội, 2013.

4.

Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575 : 2012

5.

Australian - New Zealand Standard cold formed steels structures
AS/NZS 4600:2005

6.

European Standard. Eurocode 3: Design of Steel Structure part 1:3
Genneral rules Sumpplemen tary rule for cold formed thin guage
members and sheeting 2003

7.

European Standard. Eurocode 4: Design of composite steel and
concrete structurea. Part 1-1: General tules for building.

8.

Timoshenko. Theory of elastic stability. McGraw-Hill Book
Company, 2nd Ed.1961 (with J.M.Gere).