Bài giảng Kết cấu thép Tiến sĩ Đinh Thế Hưng ĐH Bách Khoa TPHCM

CHƯƠNG 1:

ĐẠI CƯƠNG VỀ
KẾT CẤU THÉP

TS ĐINH THẾ HƯNG

1


1. THÉP XÂY DỰNG
1.1 Phân loại thép xây dựng
Thép và gang là hợp kim đen của sắt (Fe) và cacbon (C), ngoài ra còn có các
chất khác Oxy, P, Si…
Thép C < 1.7%, gang C > 1.7%
a. Theo thành phần hóa học của thép
+ Thép Cabon:
Thép C thấp:

C < 0.22% (dùng trong xây dựng)

Thép C vừa:

C = 0.25 ~ 0.5%

Thép C cao:

C = 0.6 ~ 1.2%

+ Thép hợp kim: thép hợp kim thấp (<2.5%) được phép dùng trong xây dựng

b. Theo phƣơng pháp luyện thép:
+ Thép lò quay
+ Thép lò bằng


1. THÉP XÂY DỰNG
c. Theo phƣơng pháp để lắng thép:
+ Thép tĩnh
+ Thép sôi
+ Thép nữa tĩnh
1.2 Thép dùng trong xây dựng
a. Thép cacbon thấp cƣờng độ thƣờng: fy ≤ 2900 daN/cm2
Nhóm A: thép đảm bảo về tính chất cơ học
Nhóm B: thép đảm bảo về thành phần hóa học
Nhóm C: thép đảm bảo về tính chất cơ học và thành phần hóa học (xây dựng)
b. Thép cƣờng độ khá cao:

fy = 3100 ~ 4000 daN/cm2,

fu = 4500 ~ 5400 daN/cm2
c. Thép cƣờng độ cao:

fy > 4400 daN/cm2
fu > 5900 daN/cm2


2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP
2.1 Sự làm việc chịu kéo của thép
a. Biểu đồ ứng suất – biến dạng

fu
fy


2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP


2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP
b. Các đặc trƣng cơ học chủ yếu của thép
Khi σ ≤ σtl – dùng lý thuyết đàn hồi, E = const
Khi σtl < σ ≤ σc – dùng lý thuyết đàn hồi – dẻo, E ≠ const
Khi σ = σc - dùng lý thuyết dẻo
2.2 Sự phá hoại dòn của thép
+ Phá hoại dòn là phá hoại khi biến dạng bé, kèm theo vết nứt, vật liệu làm việc
trong giai đoạn đàn hồi.

+ Phá hoại dẻo là phá hoại khi biến dạng lớn, vật liệu làm việc trong giai đoạn
dẻo.
a. Sự hóa già của thép: Theo thời gian thép dần thay đổi fy và fu, độ giãn dài

và độ dai va đập giãm, thép trở nên giòn.
b. Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
t = 200 ~ 300oC tính chất thép ít thay đổi
t = 300 ~ 330oC cấu trúc thép bắt đầu thay đổi, thép trở nên giòn hơn


2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP
c. Hiện tƣợng cứng nguội: thép trở nên cứng hơn sau khi biến dạng dẻo ở
nhiệt độ thường

2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP
d. Thép chịu trạng thái ứng suất phức tạp – sự tập trung ứng suất


2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP
e. Thép chịu tải trọng lặp


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT
3.1 Tải trọng và tác động
a. Phân loại tải trọng:
● Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)
● Tải trọng tạm thời (hoạt tải)
TTTT dài hạn
TTTT ngắn hạn
TT đặc biệt
b. Tải trọng tiêu chuẩn – tải trọng tính toán
Tải trọng tiêu chuẩn: gc, pc, qc, Gc, Pc
Tải trọng tính toán : g, p, q, G, P

q = nqc
hay

q = γQqc

Với n và γQ là hệ số vượt tải


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT

c. Tổ hợp tải trọng:
Tổ hợp cơ bản:
THCB 1 = TT + 1 HT (nc = 1.0)
THCB 2 = TT + ≥ 2 HT (nc = 0.9)
Tổ hợp đặc biệt: Tĩnh tải + hoạt tải + tải trọng đặc biệt
3.2 Cƣờng độ tiêu chuẩn – cƣờng độ tính toán
a. Cường độ tiêu chuẩn:

fy = σc và fu = σu

b. Cường độ tính toán:

f = fy / γM và ft = fu / γM

Với γM là hệ số an toàn vật liệu (hệ số độ tin cậy về cường độ)


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT


3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH KCT
3.3 Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn
• Tính theo TTGH thứ nhất: mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng
được nữa

N≤S
N – nội lực trong cấu kiện đang xét, do tải trọng tính toán gây ra
S – Khả năng chịu lực của cấu kiện
b. Tính theo TTGH thứ hai: không còn sử dụng bình thường
Δ ≤ [Δ]
Δ – biến dạng hay chuyển vị của kết cấu do tải trọng tiêu chẩn gây ra
[Δ] – biến dạng hay chuyển vị cho phép (lấy theo tiêu chuẩn)


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN
4.1 Cấu kiện chịu kéo, nén đúng tâm
a. Theo điều kiện bền

N

 c f
An

N – nội lực do tải trọng tính toán
An – diện tích thực, đã trừ đi diện tích giảm yếu
γc - hệ số điều kiện làm việc

N c


ft
An  u

Đối với thép cường độ cao:
γu - hệ số an toàn, lấy bằng 1.3

b. Theo điều kiện ổn định tổng thể (cấu kiện chịu nén):


φ - Hệ số uốn dọc (nén đúng tâm)

N
 c f
A


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN
4.2 Cấu kiện chịu uốn
a. Kiểm tra bền:

M

 c f
Wn



QS
  c fv
I xtw

M, Q – moment uốn và lực cắt do tải trọng tính toán
Wn – moment chống uốn của tiết diện thực
I

- moment quán tính

S - moment tĩnh
t – bề dày thành cấu kiện
b. Kiểm tra độ võng:

Δ ≤ [Δ]

Δ – độ võng của dầm do tải trọng tiêu chuẩn gây ra
[Δ] - độ võng cho phép


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN
4.4 Cấu kiện chịu kéo lệch tâm và nén lệch tâm
a. Kiểm tra bền:

N M

 c f
An Wn
b. Kiểm tra ổn định tổng thể (nén lệch tâm):

N


 c f
 lt A
φlt - Hệ số uốn dọc (nén lệch tâm)


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN


4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN


5. QUY CÁCH THÉP XÂY DỰNG
5.1 Thép hình
a. Thép góc:
Thép góc đều cạnh:

L50x50x5 hay L50x5

Thép góc không đều cạnh:

L70x50x6


5. QUY CÁCH THÉP XÂY DỰNG
b. Thép I
Ký hiệu

I30, có chiều cao h = 30 cm

5. QUY CÁCH THÉP XÂY DỰNG
c. Thép [
Ký hiệu: [22 có chiều cao h = 22 cm