Bài giảng môn học Kết cấu thép (theo 22 TCN 272-05): Chương 1 - TS. Đào Sỹ Đán

Trường Đại học Giao thông Vận tải
Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu

BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP
THEO 22 TCN 272-05

GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN

HÀ NỘI, 2016


Trường Đại học Giao thông Vận tải
Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu

Giới thiệu môn học
1. Giảng viên:
Đào Sỹ Đán, Phòng 408-A6, Bộ môn Kết cấu, Khoa Công trình, Đại
học GTVT. E-mail:
2. Môn học
 Kết cấu Thép (theo 22 TCN 272-05) – Steel Structures.
 Thời lượng: 2 tín chỉ + BTL môn học.
 Hình thức thi: thi viết 90 phút; BTL thi vấn đáp.
3. Tài liệu tham khảo
 Bài giảng môn học Kết cấu Thép theo 22 TCN-272-05 và các tài liệu
liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc).
 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (tham khảo).
2


Trường Đại học Giao thông Vận tải
Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu

Nội dung
Chương 1. Đai cương về Kết Cấu Thép
Chương 2. Liên kết trong Kết Cấu Thép
Chương 3. Cấu kiện chịu kéo và nén dọc trục
Chapter 4. Cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ I
Chương 5. Cấu kiện chịu uốn và lực dọc trục kết hợp
3


CHƯƠNG 1.
ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP
1.Giới thiệu chung về KCT
2.Nguyên lý thiết kế theo 22 TCN 272-05
3.Vật liệu thép xây dựng

Trường Đại học Giao thông Vận tải
University of Transport and Communications


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

(1/6)

a) Ưu điểm
- Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn.
- Kết cấu thép có độ tin cậy cao.
- Kết cấu thép là loại vật liệu nhẹ nhất so với các vật liệu
xây dựng thông thường khác.

c = /R (1/m). Ta có c ~ 3,7.10-4 1/m (cho thép); c ~ 4,5.10-4
1/m (cho gỗ) và c ~ 24.10-4 1/m (cho BTCT).
- Phù hợp với điều kiện xây dựng công nghiệp.


5


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

(2/6)

a) Ưu điểm
- Dễ kiểm tra, tăng cường và sửa chữa
- Tính kín cao.
b) Khuyết điểm
- Dễ bị han gỉ.
- Chịu nhiệt kém
c) Phạm vi sử dụng
Rất rộng rãi.


6


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

(3/6)

Khung nhà thép


7


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

(4/6)

Đà giáo thép


8


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

(5/6)

Đà giáo, ván khuôn thép


9


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)

1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT



Cầu giàn thép

(6/6)

10


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT

(1/7)

Kết cấu thép ra đời và phát triển gắn liền với sự ra đời và phát triển của
công nghệ luyện kim.

Cầu Thăng Long



11


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT

Cầu Long Biên

(2/7)

12


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT



(3/7)

Cầu Chương Dương
13


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT



Cầu Hàm Rồng

(4/7)

14

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT



Cầu Bến Thủy

(5/7)

15


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT



Cầu Trường Tiền

(6/7)

16


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)
1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT

Cầu Ông Lớn

(7/7)

17


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05

(1/2)

 TCTK cầu cũ: 22 TCN 18-79 (Quy trình thiết kế cầu cống theo
TTGH - QT 79). Nguồn gốc từ TCTK cầu của Liên Xô 1962 &1967.
 TCTK cầu mới: 22 TCN 272-05
 2001, ban hành thử nghiệm 22 TCN 272-01 (dùng // với QT 79);
 7/2005, chính thức ban hành 22 TCN 272-05 & bỏ QT 79;
 Thực chất của 22 TCN 272-05: AASHTO LRFD 98 (Mỹ), có nguồn
gốc từ ACI, ANSI, AISC, AWS & ASTM.
 AASHTO LRFD 98 = AASHTO LRFD Bridge Specification, 1998
(American Association of State Highway and Transportation officials);
 ACI (American Concrete Institute); AISC (American Institute of Steel
Construction); LRFD (Load and Resistance Factor Design);


18


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05

(2/2)

 Một số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện VN:
 Hoạt tải xe ô tô thiết kế: IM = 25% (AASHTO, IM = 33%);
 Gió:

TCVN 2737-1995;

 Nhiệt độ:

TCVN 4088-1985;

 Giao thông thủy:

TCVN 5664-1992;

 Động đất:

22 TCN 221-1995;

 Băng tuyết:

Không có;



19

1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.2. Quan điểm chung về thiết kế
 TK là gì? là đưa ra phương án kết cấu thỏa mãn mọi tiêu chuẩn tính
toán và cấu tạo được quy định trong các TCTK;
 Mục tiêu của TK là gì?
SK của k/c ≥ Hiệu ứng do tác động của tải trọng
Điều kiện này phải thỏa mãn trên tất cả các bộ phận của kc và tất cả
các TTGH;
 SK của kc là gì? là khả năng chịu lực tối đa của kết cấu;
 TTGH là gì? là TT của kc mà nếu vượt qua nó thì kc hay 1 bộ phận
của kc không thỏa mãn mục tiêu của TK;
 Hiệu ứng của tải trọng là gì? là các ứng xử của kết cấu dưới tác
dụng của tải trọng như M, V, ứng suất, biến dạng,…


20


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế

(1/3)

a) TK theo ứng suất cho phép – ASD (Allowable Stress Design)


Công thức:

R
fmax   f  

F

Trong đó: F = hệ số an toàn ≥ 1,0. PP này có những nhược điểm sau:
• fmax được XĐ dựa trên giả sử vật liệu là đh, tt & đh  khác thực tế.
• Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho cường độ vl, không xét tới sự thay
đổi của tt;
• Hệ số an toàn được chọn trên ý kiến chủ quan của kỹ sư, k có cơ sở
tin cậy về thống kê & xác suất .


21


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế

(2/3)

b) TK theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD)
Công thức:
Sk của kết cấu, Rn ≥ Hiệu ứng của tải trọng, iQi
Trong đó:
• Rn = Sk danh định của kc = sk của kết cấu theo thiết kế;
•

 = hệ số sk, nhằm xét tới sự thay đổi sk kc về:
Tính chất vật liệu;
Phương trình dự tính cường độ;
Tay nghề của công nhân;
ĐK kiểm soát chất lượng;

ĐK môi trường, v.v.


22


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế

(3/3)

• Qi = Hiệu ứng do tác động của tt thứ i;
• i = hệ số tải trọng tương ứng với tt thứ I, nhằm xét tới sự thay đổi
của tt thứ i về:
Độ lớn của tt;
Sự sắp xếp của tt;
Tổ hợp tải trọng, v.v.
 Vì có nhiều tải trọng cùng tác dụng vào kc, nên hiệu ứng của tt bằng
tổng hiệu ứng của các tt.
 PP này sử dụng đồng thời 2 hệ số đắt tiền là  &   LRFD.
 Ưu điểm: khắc phục được các nhược điểm của ASD;
 Nhược điểm: Phải thay đổi tư duy thiết kế; phải có kiến thức về xác
suất thông kê.


23


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05

(1/5)

a) Công thức tổng quát
 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 dựa trên pp của LRFD  cttq như sau:

Rr Rn iQi

(*)

Công thức này phải thỏa mãn ở mọi bộ phận của kc và mọi TTGH;
Trong đó:
 Rn = Sk danh định của kc = sk của kết cấu theo thiết kế (Mn, Vn,…);
  = hệ số sk, nhằm xét tới sự thay đổi của sk kc trong thực tế về:
Tính chất vật liệu; điều kiện chịu lực;
Phương trình dự tính cường độ;
Tay nghề của công nhân; ĐK kiểm soát chất lượng;
ĐK môi trường, v.v.
Thông thường hệ số  <= 1,0 để thiên về an toàn!


24


1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05
1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05

(2/5)

 Qi = Hiệu ứng do tác động của tt thứ i (Mi, Vi,…);

 i = hệ số tải trọng tương ứng với tt thứ i, nhằm xét tới sự thay đổi
của tt thứ i trong thực tế về:
Độ lớn của tt;
Sự sắp xếp của tt;
Tổ hợp tải trọng, v.v.
Thông thường I ≥ 1,0 để thiên về an toàn!
 Vì có nhiều tải trọng cùng tác dụng vào kc, nên hiệu ứng của tt được
xđ bằng tổng hiệu ứng của các tt cùng tác dụng vào kc.
  = hệ số hiệu chỉnh tải trọng, được xđ như sau (khi sd max):

 D.R.I  0,95


25