BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

MỤC LỤC

SVTH: Huỳnh Minh Dương

1


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ KẾT CẤU
Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ lý của vật liệu sử dụng
Thép

ρ

E

daN/cm2
CCT3
4

fy

f

daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2

7850 × 10−6

2,1× 106

Que hàn
N42

SVTH: Huỳnh Minh Dương

2200

2100

fv
= 0,58 × f

daN/cm2
1218

fu

fc

daN/cm2 daN/cm2
3400

3245,45

f wf

f ws = 0, 45 × f u

daN/cm2
1800

daN/cm2
1530

2

ν

0,
3


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BẢN SÀN LOẠI DẦM

2.1 Xác định chiều dày bản sàn
Bảng 2.1 Chiều dày sàn bê tông cốt thép và tải trọng
Tải trọng tác dụng,
Chiều dày bản sàn thép
2
p (kN/m )

ts (mm)
≤ 10
6÷8
≤ 20
8÷10
≤ 30
10÷12
> 30
12÷14
p tc = 17kN / m 2 = 17 ×10−2 daN / cm2

Tải trọng tác dụng lên sàn
Xác định nhịp bản sàn l theo biểu thức gần đúng sau:

, chọn chiều dày t=1cm

ls 4n0  72E1 
=
1 +
÷
ts 15  n04 q tc 

Trong đó:
E1 =

E
2,1×106
=
= 2,31× 106
2

2
1− v
1 − 0,3

l 
n0 =   = 150
∆

(với

1
∆
 l  = 150

(daN/cm2)

: độ võng cho phép của bản sàn thép)

⇔ ls =

4n0  72E1
1 +
ữì t s
15 n04 q tc

ls =

4 ì150
72 ì 2,31ì106
1

+

ữì1 = 117,302
15 1504 ×17 ×10 −2 

SVTH: Huỳnh Minh Dương

3

(cm)


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

ls = 100cm

Chọn
2.1.1 Tính bản sàn
Do sàn được hàn với dầm bằng đường hàn thẳng góc, dưới tác dụng của tải trọng
sàn bị ngăn cản biến dạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm. Bỏ qua ảnh
hưởng của mơmen âm ta có sơ đồ tính của bản coi như 1 dầm đơn giản chịu lực phân bố.
Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn.
q
H

H

1000

Mmax

Hình 2.1 Sơ đồ tính
+ Xác định tải:
qs tc = g tc + p tc = As × f + p tc = 1×1× 7850 ×10 −6 + 17 ×10 −2
⇒ qs tc = 0,178daN / cm
qs tt = g tt + p tt = As × f × γ g + p tc × γ p = 1× 1× 7850 × 10−6 ×1, 05 + 17 ×10 −2 ×1, 2

⇒ qs tt = 0, 212daN / cm

Cắt một dải bản rộng 1 cm theo phương phương cạnh ngắn của nhịp sàn.
2.1.2 Kiểm tra độ võng của bản sàn
Xác định momen qn tính
1× t s3 1× 13 1
Ix =
=
=
12
12 12

(cm4)

Xác định độ võng ở giữa nhịp bản do
∆0 =

qtc

gây ra:

5 q tc ls4
5 0,178 ×100 4 × 12
=
×
= 1, 204
384 E1 I x 384
2,31×106 × 1

(cm)

Xác định tỷ số giữa lực kéo H và lực tới hạn Ơle

SVTH: Huỳnh Minh Dương

4

N cr

là:


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

2

∆ 
α (1 + α ) 2 = 3  0 ÷
 t 

2

 1, 204 
⇔ α (1 + ) = 3 ì
ữ
1
= 1, 04
2

Xác định độ võng ở giữa nhịp bản do
∆ = ∆0

1
1
= 1, 204 ×
= 0,59
1+ α
1 + 1, 04

qtc

và H gây ra

∆

:

(cm)

Kiểm tra độ võng của bản sàn
∆ 0,59
1
∆
=
= 5,9 × 10−3 ≤   =
= 6, 67 ×10−3
l 100
l
150
 

Vậy bản sàn thỏa điều kiện độ võng.
2.1.3 Kiểm tra bền
Xác định lực kéo H:
π2
H =γp
4

2

2

3,142  1 
∆
E
t
=
1,
2

×
×
× 2,31×106 × 1 = 303, 676daN
 l  1 s

4
150 

Xác định momen uốn lớn nhất Mmax
q tt ls2 0, 212 ×1002
M0 =
=
= 265daNcm
8
8
M max = M 0

1
1
= 265 ×
= 129,9daNcm
1+ α
1 + 1, 04

Kiểm tra độ bền và độ võng của cấu kiện chịu kéo uốn:
Momen kháng uốn tiết diện sàn
Wx =

1×12 1
=

6
6

(cm3)
Ứng suất lớn nhất trong sàn:
σ=

H M max
+
≤ f γc
A
Wx

σ=

H M max 303, 676 129,9 × 6
+
=
+
= 1083, 076
A
Wx
1× 1
1

f γ c = 2100 ×1 = 2100

(daN/cm2)

SVTH: Huỳnh Minh Dương

5

(daN/cm2)


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

⇒σ ≤ f γc

Vậy bản sàn thỏa điều kiện cường độ.
2.1.4 Kiểm tra đường hàn liên kết giữa bản sàn và dầm
Xác định tiết diện nguy hiểm:

( β f w ) min = min( β f f wf ; β s f ws )
β f f wf = 0, 7 ×1800 = 1260

(daN/cm2)

β s f ws = β s (0, 45 fu ) = 1×1530 = 1530

(daN/cm2)

⇒ ( β f w ) min = min(1260;1530) = 1260

(daN/cm2)
- Tính tốn chiều cao đường hàn liên kết giữa bản sàn và dầm phụ
hf =

H

( β f w ) min γ c

=

303, 676
= 0, 241cm = 2, 41mm
1260 ×1

Theo yêu cầu cấu tạo đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải thỏa mãn điều
kiện:

h f = 5mm

.

Vậy chọn đường hàn là đường hàn cấu tạo có

SVTH: Huỳnh Minh Dương

6

h f = 5mm

.


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

CHƯƠNG III: TÍNH TỐN DẦM PHỤ
3.1 Sơ đồ tính tốn
Dầm phụ được coi là dầm đơn giản có hai đầu là hai gối tựa. Tải trọng tác dụng lên
dầm phụ là tải từ sàn truyền vào dưới dạng phân bố đều.
q
H

H

6100

Mmax
Vmax
Vmax

Hình 3.1 Sơ đồ tính dầm phụ
3.2 Xác định tải trọng và nội lực
Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm phụ
tc
qdp
= ( p tc + ts ρ )ls = (0,17 + 1× 7850 ×10 −6 ) ×100

⇒ qdp tc = 17, 785daN / cm

Tải trọng tính tốn tác dụng lên dầm phụ
qdp tt = ( p tcγ p + t s ργ g )ls = (0,17 ×1, 2 + 1× 7850 ×10 −6 ×1, 05) ×100
⇒ qdp tt = 21, 224daN / cm

Momen lớn nhất Mmax ở giữa dầm
dp
M max
=

tt
qdp
B2

8

=

21, 224 × 610 2
= 987181,3daNcm
8

Lực cắt lớn nhất Vmax tại gối tựa
dp
max

V

=

tt
qdp
B

2

=

21, 224 × 610
= 6473,32daN
2

3.3 Chọn tiết diện dầm phụ
Momen chống uốn của dầm phụ có kể đến sự phát triển biến dạng dẻo trong tiết
diện:
Wx ≥

M max
987181,3
=
= 419, 72cm3
1,12 f γ c 1,12 × 2100

SVTH: Huỳnh Minh Dương

7


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

10.2

280

6.5

300

10.2

Chọn thép định hình I30

135

Bảng 3.1 Dữ liệu thép I30
Thép

Wx

Ix

Sx

cm3
cm4
cm3
I30
472
7080
268
3.4 Kiểm tra tiết diện dầm phụ
Momen và lực cắt do trọng lượng bản thân dầm:

tw = d

g

mm
6,5

kg/m
36,5

g = 36,5kg / m = 0,365daN / cm
M bt =

Vbt =

gγ g B 2
8

gγ g B
2

=

0,365 ×1, 05 × 610 2
=
= 17825,92daNcm
8

0,365 ×1,05 × 610

= 116,89daN
2

3.4.1 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền
Kiểm tra ứng suất pháp:
σ=

M max + M bt 987181,3 + 17825,92
=
= 1901,12daN / cm 2 < 2100daN / cm 2
1,12Wx
1,12 × 472

Kiểm tra ứng suất tiếp:
tw = 6,5mm = 0, 65cm

τ=

(Vmax + Vbt ) S x (6473,32 + 116,89) × 268
=
= 383, 785daN / cm 2
I xt w
7080 × 0, 65

τ = 383, 785 < f vγ c = 0,58 × 2100 ×1 = 1218daN / cm 2

Vậy dầm phụ thỏa mãn điều kiện về độ bền.
SVTH: Huỳnh Minh Dương

8

Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

3.4.2 Kiểm tra độ võng dầm
Độ võng của dầm
∆
5 (qdp + g tc ) B
5 (17, 785 + 0,365) × 6103
1
∆
=
=
= 3, 608 × 10−3 ≤   =
= 4 ×10−3
6
l 384
EI x
384
2,1× 10 × 7080
 l  dp 250
tc

3

Vậy dầm phụ thỏa mãn điều kiện về độ võng
3.4.3 Kiểm tra ổn định tổng thể
Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm phụ vì phía trên dầm phụ có bản sàn

thép hàn chặt với cánh dầm.

SVTH: Huỳnh Minh Dương

9


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN DẦM CHÍNH
4.1 Tải trọng tác dụng lên dầm
Lực tập trung do tải trọng tác dụng lên dầm phụ đặt lên dầm chính
2Vdp tc = qdp tc × B = 17, 785 × 610 = 10848,85daN
2Vdp tt = qdp tt × B = 21, 224 × 610 = 12946, 64daN

Vì các dầm phụ cách nhau 1m nên tải trọng do dầm phụ truyền lên dầm chính là
phân bố đều.
qdc =
tc

qdc =
tt

2Vdp tc
ls
2Vdp tt
ls

=

10848,85
= 108, 49daN / cm
100

=

12946, 64
= 129, 47 daN / cm
100

Momen và lực cắt lớn nhất ở dầm chính
qdc tt L2 129, 47 ×1600 2
M max =
=
= 41430400daNcm
8
8
q tt L 129, 47 ×1600
Vmax = dc =
= 103576daN
2
2

4.2 Chọn tiết diện dầm

x

x

hw

tw

tf

h

tf

y

bf

y

Chiều cao dầm đảm bảo điều kiện
 hmin ≤ hd ≤ hmax

 hd ≈ hkt
Trong đó: hmax chưa xác định được vì phụ thuộc vào kiến trúc
Chiều cao hmin xác định theo điều kiện dầm thỏa mãn yêu cầu về độ võng

SVTH: Huỳnh Minh Dương

10


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

hmin =

5 f l 1
× ×
× ×L
24 E  ∆  γ tb

hmin =

5
2100
×
× 400 × 0,838 × 1600 = 111, 733cm
24 2,1× 106

1 qdc tc 108, 49
=
=
= 0,838
γ tb
γ tb qdctt 129, 47
Trong đó:
,
là hệ số vượt tải trung bình
k = 1,15 t w = 1cm

Chọn sơ bộ hệ số

;
Chiều cao kinh tế tính theo cơng thức:
hkt = k

M max
41430400
= 1, 2
= 168,551cm
f × tw
2100 ×1

Dựa vào

hmin

và

hkt

, chọn

hd = 140 cm

t f = 2,8cm
hw = hd − 2t f = 140 − 2 × 2,8 =134, 4cm
Chọn sơ bộ
=>
4.3 Kiểm tra chiều dày bản bụng dầm (ttw)
f v = 0,58 f = 0, 58 × 2100 = 1218daN / cm 2

tw = 1cm > 1, 5 ×

Vmax
1,5 × 103576
=
= 0,911cm
hd × f v
140 ×1218

=> Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt.
4.4 Tính bản cánh dầm
Diện tích bản cánh dầm xác định theo công thức:
h fk = hd − t f = 140 − 2,8 = 137, 2cm
M h t h 3 2
A f = b f × t f = max d w w ữì 2
12  h fk
 2γ c f
 41430400 ×140 1× 135, 23
2
=

= 125, 235cm 2
ữì
2
12
2 ì1ì 2100
137, 2

→ Chọn

b f = 50cm; t f = 2,8cm

.

Thỏa mãn các điều kiện sau:

SVTH: Huỳnh Minh Dương

11


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

t w < t f < 3t w = 1, 2 < 2, 4 < 3(cm)

b f ∈ ( 1/ 5 ÷ 1/ 2 ) hd = (28 ÷ 70)cm

b f ≥ 1/ 10hd = 14cm

b f / t f = 17,857 ≤ E / f = 31, 62
b ≥ 180mm
 f

28

500

28

1344

10

Hình 4.1 Tiết diện dầm chính
4.5 Thay đổi tiết diện theo chiều dài dầm
Để tiết kiệm vật liệu và giảm trọng lượng bản thân dầm, khi thiết kê nên giảm kích
thước tiết diện của dầm đã chọn ở tiết diện dầm có momen bé cụ thể là giảm bề rộng cánh
dầm (giữ nguyên chiều dày). Để thay đổi kích thước bản cánh dầm cách gối tựa một
khoảng x = L/6 = 2,67 (m). Tại vị trí thay đổi hai cánh dầm được nối bằng đường hàn đối
đầu, phương pháp kiểm tra thơng thường.
Momen tại vị trí thay đổi tiết diện:
Mx =

qdc tt x( L − x) 129, 47 × 267 × (1600 − 267)
=
= 23039898,59daNcm
2
2

Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị trí thay đổi:
f wt = 0,85 f = 0,85 × 2100 = 1785daN / cm 2

SVTH: Huỳnh Minh Dương

12


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

 M h t h3  2
A'f = b 'f t f =  x d − w w ÷ 2
12  h fk
 2 f wt
 23039898,59 ×140 1×134, 43
2
=

= 74,503cm 2
ữì
2
2 ì1785
12

137, 2

Chn

b'f = 30 cm

. Thỏa mãn các điều kiện sau:

 b'f ≥ 180mm
 '
 b f ≥ b f / 2 = 30cm
b' ≥ h /10 = 14cm
d

 f

28

300

28

1344

10

Hình 4.2 Tiết diện dầm chính đã thay đổi tiết diện
4.6 Kiểm tra bền tiết diên dầm
4.5.1 Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp
Tĩnh tải bản thân của dầm chính:
g dctt = (1×134, 4 + 2 × 50 × 2,8) × 7850 ×10 −6 ×1, 05 = 3, 416daN / cm

Momen do trọng lượng bản thân dầm
tt
g dc
× L2 3, 416 × 16002
M bt =
=
= 1093120(daNcm)
8
8

Momen kháng uốn của tiết diện dầm:

SVTH: Huỳnh Minh Dương

13


Bài tập lớn Kết cấu thép I
Ix =
=

GVHD: Lê Nguyễn Cơng Tín

b t 3
h 2
tw × hw 3
+ 2 ×  f f + b f t f fk ÷
 12
12
4 ữ



50 ì 2,83
1ì134, 43
137, 2 2
+ 2ì
+ 50 ì 2,8 ì
ữ
12
4
12

= 1520161,365cm4
Wx =

2 I x 2 ×1520161,365
=
= 21716,59cm3
hd
140

Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp:
σ max =

M max + M bt 41430400 + 1093120
=
= 1958,112daN / cm 2
Wx
21716,59

σ max = 1958,112daN / cm 2 < f γ c = 2100daN / cm2

Kết luận: Tiết diện dầm đã chọn đủ điều kiện chịu ứng suất pháp lớn nhất
4.5.2 Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa
Lực cắt do trọng lượng bản thân dầm gây ra tại gối tựa
Vbt =

tt
g dc
L 3, 416 × 1600
=

= 2732,8 daN
2
2

Momen tĩnh của nửa tiết diện dầm và momen quán tính tại vị trí gối tựa
S x' = b 'f t f

h fk
2

+

Aw hw
137, 4 1×134, 4 134, 4
×
= 30 × 2,8 ×
+
×
= 8020,32cm3
2
4
2
2
4

' 3
h 2fk 1× 134, 43 30 × 2,83
t w hw3 b f t f
137, 22
'

I =
+
+ 2b f t f
=
+
+ 2 × 30 × 2,8 ×
= 992965,8cm 4
12
12
4
12
12
4
'
x

Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt:
τ=
τ=

( Vmax + Vbt ) S x'
I x' tw

≤ f vγ c

(103576 + 2632) × 7733,84
= 858, 671 daN / cm 2
955758,8 × 1

τ = 858, 71daN / cm2 ≤ f vγ c = 1218daN / cm 2

Vậy dầm đảm bảo điều kiện bền chịu cắt.
4.5.3 Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh
Momen do trọng lượng bản thân dầm gây ra tại vị trí thay đổi tiết diện dầm:
M bt' =

g dctt x( L − x) 3, 416 × 267 × (1600 − 267)
=
= 607896daNcm
2
2

Momen kháng uốn của tiết diện dầm tại vị trí thay đổi tiết diện:
SVTH: Huỳnh Minh Dương

14


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

2 I x' 2 × 992965,8
W =
=
= 14185, 23cm3
hd
140
'
x

Điều kiện đường hàn đối đầu nối cánh:
M x + M bt'
23039898,59 + 607896
σ =
=
= 1667, 072daN / cm 2
'
Wx
14185, 23
'
x

σ x' = 1667, 072daN / cm 2 < f wt γ c = 1785daN / cm 2

Kết luận: Đường hàn đủ khả năng chịu lực.
4.5.4 Kiểm tra ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm
Tại vị trí đặt dầm phụ. Có 2 dầm phụ gối lên 2 bên dầm chính. Do đó, lực tập trung
đặt tại tiết diện có dầm phụ:
P = 2Vdptt = 12946, 64daN

Chiều dài truyền tải trọng nén bụng dầm:
Ta có thép hình I30 có

b dp
f = 135mm = 13,5cm

l z = b dp
f + 2t f = 13,5 + 2 × 2,8 = 19,1cm

Kiểm tra ứng suất cục bộ:

σc =

P 12946,64
=
= 677,835 daN/cm 2 ≤ f γ c = 2100 daN/cm 2
t wl z
1 × 18,3

Vậy dầm đảm bảo điều kiện chịu ứng suất cục bộ
4.5.5 Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm
Tiết diện dầm tại vị trí thay đổi tiết diện xuất hiện cả momen và lực cắt. Do đó cần
kiểm tra tiết diện dầm tại vị trí này theo ứng suất tương đương với:

σ1 =
=

( M x + M bt' )hw
W 'x hd

(23039898,59 + 607896) × 134, 4
= 1600,389 daN/cm 2
14185, 23 × 140

τ1 =

;

(Vx + Vbt )S 'x (69007,51 + 1820,728) × 8020,32

=
= 572,089 daN/cm 2
I 'x tw
992965,8 × 1

Trong đó:

SVTH: Huỳnh Minh Dương

15

.


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín


 1600

tt  L
Vx = qdc
− 267 ÷ = 69007,51 daN
 − x ÷ = 129, 47 
2

 2


;


 1600

tt  L
Vbt = g dc
− 267 ÷ = 1820,728 daN
 − x ÷ = 3, 416 
2

 2


Ứng suất tương đương tác dụng lên tiết diện dầm

σ td = σ 12 + σ c2 − σ cσ 1 + 3τ 12
= 1600,3892 + 677,8352 − 677,835 × 1600,389 + 3 × 572, 089 2 = 1708,146 daN/cm 2

Ta có:

σ td = 1708,146 daN/cm 2 < 1,15 f γ c = 2415 daN/cm 2
Vậy tiết diện thay đổi đủ khả năng chịu lực.
4.5.6 Kiểm tra độ võng cho dầm
Không cần kiểm tra võng cho dầm vì đã chọn chiều cao
4.7 Kiểm tra ổn định tiết diện dầm
4.7.1 Kiểm tra ổn định tổng thể
lo b f
Xét tỉ số


b 
b
l0
≤ 1×  0, 41 + 0,0032 f +  0,73 − 0,016 f
bf
t f 
tf


h > hmin

.

 bf  E
÷
÷ h  f
 fk 


100
50 
50  50  2,1 × 106
⇔
≤ 1× 0, 41 + 0, 0032
+ 0,73 − 0,016

50
2,8 
2,8 ÷
2100

 137, 2 

⇔ 2 ≤ 19,892

lo

Trong đó: - khoảng cách giữa các dầm phụ, bằng 1m=100cm
Vậy dầm đảm bảo ổn định tổng thể.
4.7.2 Kiểm tra ổn định cục bộ
Bản cánh khi chọn tiết diện đã chọn để đảm bảo về ổn định cục bộ. Do đó khơng
cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh.
Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

λw =

hw
tw

f 134, 4
2100
=
= 4, 25 > [ λw ] = 3, 2
E
1
2,1 ×106

Bản bụng phải đặt các sườn ngang.
Khoảng cách lớn nhất của các sườn ngang:
SVTH: Huỳnh Minh Dương

16


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

amax = 2hw = 2 × 134, 4 = 268,8 cm

a = 200 cm
Chọn
và bố trí 7 sườn.
Kích thước của sườn:
h
1344
bs ≥ w + 40 =
+ 40 = 84,8mm
30
30
t s ≥ 2bs

f / E = 2×9

Chọn

bs = 9 cm

2100
= 0,569 cm
2,1× 106

t s = 0,6 cm
Chọn
Các sườn được hàn vào bụng và cánh dầm bằng đường hàn theo cấu tạo.

2

1

1328
2656
2000

-

2000

2000

Hình 4.3 Bố trí sườn ổn định trong dầm
Kiểm tra ổn định cục bộ trong các ô bản bụng
+ Kiểm tra ô bản bụng số 1.
x1 = 132,8 cm
Điểm kiểm tra tại vị trí cách đầu dầm
Nội lực tại vị trí kiểm tra:
tt
qdc
x1 (l − x1 )
M1 =
2

=

(129, 47 + 3, 416) × 132, 2 × (1600 − 132, 2)
= 12892809,68 daNcm
2

V1 =

tt
qdc
(l − 2 x1 ) (129, 47 + 3, 416) × (1600 − 2 × 132, 2)
=
= 88741, 271 daN
2
2

Ứng suất tại vị trí kiểm tra
Mh
12892809,68 × 134, 4
σ1 = 1 ' w =
= 872,534 daN/cm 2
2I x
2 × 992965,8

SVTH: Huỳnh Minh Dương

17


Bài tập lớn Kết cấu thép I

τ1 =

GVHD: Lê Nguyễn Cơng Tín

V1
88741, 271
=
= 660, 277 daN/cm 2
hwtw
134, 4 × 1

σ c = 677,835 daN/cm 2
Xác định ứng suất giới hạn

σ cr

:

a
200
=
= 1, 488 > 0,8
hw 134, 4
bf t f 3
50
2,8 3
( ) = 0,8 ×
×(
) = 6,533

hw tw
134, 4
1

δ =β

tra bảng có được giá trị
Ccr f

σ cr =

λ

2
w

=

Ccr = 34,84

34,84 × 2100
= 4050,602 daN/cm 2
2
4, 25

σ c ,cr

Xác định ứng suất cục bộ giới hạn

λa =

với

a
2tw

f
200
2100
=
= 3,162
E 2 × 1 2,1 × 106

a
200
=
= 0,744 < 0,8
2hw 2 × 134, 4

σ c ,cr =

C1 f
2

λa

=

µ=

d
tw

và

δ = 6,533

tra bảng được

C1 = 43,115

43,115 × 2100
= 9055,74 daN/cm 2
2
3,162

Xác định ứng suất tiếp tới hạn

λ ow =

:

τ cr

:

f 134, 4
2100
=
= 4, 25

E
1
2,1 × 106

a
200
=
= 1, 488
hw 134, 4

 0,76  f
0,76  1218

τ cr = 10,3  1 + 2 ÷ 2v = 10,3 ì 1 +
ì
= 932,959 daN/cm 2
2 ữ
2
à 0 w
 1, 488  4, 25


Kiểm tra:

SVTH: Huỳnh Minh Dương

18


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

 σ1
σ
+ c

 σ cr σ c ,cr

2

2

  τ1 
+
÷
÷ τ ÷
  cr 
2

2

616,51   572,587 
 872,534
= 
+
÷ +
÷ = 0, 773 < 1
 3981,533 8498,722   924,956 

Vậy ô bản bụng số 1 đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
+ Kiểm tra ô bản bụng số 2
x2 = 265, 6 cm
Điểm kiểm tra tại vị trí đặt dầm phụ cách đầu dầm:
.
Nội lực tại vị trí kiểm tra:
tt
qdc
x2 (l − x2 )
2

M2 =

=

(129, 47 + 3, 416) × 265,6 × (1600 − 265,6)
= 23548504,81 daNcm
2
V2 =

tt
qdc
(l − 2 x2 ) (129, 47 + 3, 416) × (1600 − 2 × 265,6)
=
= 71014,278 daN
2
2

Ứng suất tại vị trí kiểm tra:

σ2 =

M 2 hw 23548504,81 × 134, 4
=
= 1040,981 daN/ cm 2
2I x
2 × 1520161,365

τ2 =

V2
71053,152
=
= 525,541 daN/cm 2
hwt w
135, 2 ×1

σ c = 677,835 daN/cm 2
Ứng suất giới hạn

σ cr

:

a
200
=
= 1, 488 > 0,8
hw 134, 4

σ c 677,835
=
= 0,651
σ 2 1040,981
δ =β

bf t f 3
55 2,8 3
( ) = 0,8 ×
(
) = 6,533
hw tw
134, 4 1

SVTH: Huỳnh Minh Dương

19


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

σc
σ c 
 σ  = 0, 695 > σ = 0,651

Tra bảng ta có trị số
σ cr =

Ccr f

λw2

=

do đó:

34,84 × 2100
= 4050, 602 daN/cm 2
2
4, 25

Kiểm tra:

 σ2
σ
+ c

 σ cr σ c ,cr

2

2

  τ2 
+
÷
÷ τ ÷
  cr 

2

2

616,51   525,541 
 1089,875
= 
+
÷ +
÷ = 0,654 < 1
 3981,533 8498,722   924,956 
Vậy ô bản bụng số 2 đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
4.8.1 Chọn tiết diện sườn
bs = b ' f = 40cm

Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng bản cánh
Chiều dày sườn được chọn từ điều kiện ép mặt:
Vtt
Vtt
106308,8
≤ f cγ c ⇒ t s ≥
=
= 0,821cm
t s bs
bs f cγ c 40 × 3238,1×1

fc =

fu

3400
=
= 3238,1daN / cm 2
1, 05 1, 05

Trong đó:
Chọn ts = 1,4 (cm)

bs ts = 40 × 1, 4cm 2

Vậy chọn kích thước sườn
4.8 Tính sườn đầu dầm
Sườn đầu dầm chịu phản lực gối tựa:

Vtt = Vmax + Vbt = 103576 + 2732,8 = 106308,8( daN )

Dùng phương án sườn đặt ở đầu dầm, dầm đặt phía trên gối khớp với cột.
4.8.2 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ
Điều kiện ổn định cục bộ của sườn:
bs (40 − 1)
=
= 13,93 < 0,5 E / f = 0,5 × 2,1× 106 / 2100 = 15,8
ts 1, 4 × 2
4.8.3 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể
Diện tích của bản bụng cùng tham gia chịu lực với sườn đầu dầm:

SVTH: Huỳnh Minh Dương

20

Bài tập lớn Kết cấu thép I

Aqu = 0,65t

2
w

GVHD: Lê Nguyễn Cơng Tín

E
2,1× 106
2
= 0,65 ×1
= 20,555 cm 2
f
2100

Các đặt trưng hình học của tiết diện quy ước tham gia chịu nén ở đầu dầm:
A = As + Aqu = 1, 4 × 40 + 20,555 = 76,555 cm 2

bs3t s 0,65t w4 E / f
Is =
+
12
12
403 × 1, 4 0,65 ×14 2,1 × 106 / 2100
=
+
= 7468,38 cm 4

12
12

Is
7468,38
=
= 9,877 cm
A
76,555

is =

λ=

ta có

hw 134, 4
=
= 13,607
is 9,877

Với độ mảnh
ϕ = 0,98

λ = 13,607

và cường độ tính tốn của thép

f = 2100 daN/cm 2

tra bảng

Điều kiện ổn định tổng thể của sườn đầu dầm:
V
103576
σ = max =
= 1380,573 daN/cm 2 ≤ f γ c = 2100 daN/cm 2
ϕ A 0,98 × 76,555
Vậy sườn đầu dầm đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể.
4.9 Thiết kế đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng
2

2

 Vtt S x'   P 
1
hf 1 ≥

÷ + ÷
2( β f w ) min γ c  I x'   lz 

2

2

1
 106308,8 × 8020,32   12946,64 
hf 1 ≥
÷ +  19,1 ữ = 0, 434 cm
2 ì 1260 ì 1 

992965,8
 

Trong đó:
β f f wf = 0,7 × 1800 = 1260 daN/cm 2

β s f ws = 1× 1530 = 1530 daN/cm
( β f w ) min
Chọn

hf

;

2

;
= ( β f f wf ; β s f ws ) = 1260 daN/cm 2

theo điều kiện cấu tạo

SVTH: Huỳnh Minh Dương

h f = 5 mm

21

.

.

Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

4.10 Thiết kế mối nối dầm
Nối dầm để thuận tiện cho việc di chuyển, lắp ghép.
Bản cánh nối bằng đường hàn đối đầu, bản bụng nối bằng bản ghép và dùng đường
hàn góc.
Vị trí nối ngay tại vị trí thay đổi tiết diện
Nội lực tại mối nối
M 1 = M x = 23039898,59 daNcm

V1 = Vx = 69007,51 daN
Xem như mối nối chịu tồn bộ lực cắt và phần mơmen của bản bụng.
I
202309,632
M b = w' M 1 =
× 23039898,59 = 4694213, 441 daNcm
Ix
992965,8

twhw3 1 × 134, 43
Iw =
=
=202309,632 cm 4 '
I x = 992965,8 cm 4
12
12

Trong đó:
;
2
124,4 ×1 cm
10 cm
Chọn bản ghép có tiết diện
; bề rộng
10

8

1344

1244

10
1244

10

10
100

300

Hình 4.4 Chi tiết nối dầm
Kiểm tra tiết diện bản ghép:
2 Abg = 2 × 124, 4 × 1 = 248,8 cm 2 > Aw = 134, 4 × 1 = 134, 4 cm 2
Tại vì mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực. Do đó trên tiết diện đường hàn
Me

xuất hiện mơmen lệch tâm
có giá trị:
M e = V1e = 69007,51 × 5 = 345037,55 daNcm
Chọn chiều cao đường hàn
SVTH: Huỳnh Minh Dương

h f =1 cm

thỏa mãn điều kiện:
22


Bài tập lớn Kết cấu thép I

GVHD: Lê Nguyễn Công Tín

h f > hmin = 0,5 cm
h f < 1, 2t = 1, 2 ×1 = 1, 2 cm
Moment kháng uốn và diện tích tiết diện đường hàn:
2
2 ( 124, 4 − 1) × 1
Wf =
=  5075,853 cm3
6

A f = 2 × ( 124, 4 − 1) × 1 = 246,8 cm 2
Kiểm tra ứng suất trong đường hàn:
2

2

 M + M e   V1 
σ td =  b
+
÷
 W
÷  A ÷
÷
f

  f 

2

2

 4694213,441 + 345037,55   69007,51 
= 
+
= 1031, 412 daN/cm 2
÷
÷
5075,853

  246,8 

σ td = 1031, 412 daN/cm 2 < ( β f w ) min γ c = 1260 daN/cm 2
Vậy đường hàn đảm bảo điều kiện chịu lực.

SVTH: Huỳnh Minh Dương

23