ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA XÀ GỒ CHỮ Z TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GIỚI THIỆU Trong thời gian qua kết cấu thép tạo hình nguội Cold – formed steel – CFS đã và đang được dùng rộng rãi trong công trình dân dụng và công nghiệp nhờ những ưu điểm trọng lượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH

………

PHẠM HOÀNG TIẾN SỸ

ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA XÀ GỒ CHỮ Z

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH

………

PHẠM HOÀNG TIẾN SỸ

ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA XÀ GỒ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU

Trong thời gian qua kết cấu thép tạo hình nguội (Cold – formed

steel – CFS) đã và đang được dùng rộng rãi trong công trình dân

dụng và công nghiệp nhờ những ưu điểm trọng lượng nhẹ, hình dáng tiết diện đa dạng, lắp ráp nhanh và dễ dàng, khả năng chịu lực cao,

độ tin cậy cao, tính cơ động, tính kinh tế

Trong công cuộc cải cách xây dựng, công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, kết cấu thép đóng vai trò hết sức quan trọng vì vậy nên kết cấu thép đã được nghiên cứu rất nhiều trong đó có kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, là một chủ đề đang được quan tâm nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG

1.2.2 Nhược điểm

Giá thành thép cán nguội cao hơn thép cán nóng

Việt thiết kế khó khăn vì sự làm việc phức tạp của cấu kiện Tiết diện cấu kiện được chọn tự do nên không có bảng tính toán sẵn Việc vận chuyển cấu kiện đòi hỏi những biện pháp và phương tiện riêng vì cấu kiện dễ bị hư hại

1.3 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CẤU KIỆN THÉP CÁN NGUỘI TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, có hai phương pháp tính toán cơ bản đối với kết cấu thép cán nguội được các nước ở Bắc Mỹ, Úc và New Zezland sử

dụng đó là phương pháp tính toán theo bề rộng hữu hiệu (Effective

width method – DSM)

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Một số luận văn vao học nghành xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp và tạp chí xây dựng ở trong nước cũng đã thực hiện nghiên cứu một số vấn đề về kết cấu thép thành mỏng và tạo hình nguộ

Ở nước ta xà gồ mái tiết diện C và Z làm từ thép tấm mỏng cán nguội được sử dụng nhiều trong các công trình dân dụng và công nghiệp, nhưng hiện nay vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép tạo hình nguội, nhiều kỹ sư trong nước sử dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép cán nóng (TCVN 5575-2012) để thiết kế xà gồ thép tạo hình nguội là việc làm chưa hợp lý, vì chưa kể đến ảnh hưởng của các ứng suất phát sinh thêm khi xà gồ chịu xoắn kiềm chế

1.4 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.4.1 Mục tiêu

- Nghiên cứu sự làm việc của xà gồ thép thành mỏng chịu uốn xiên theo lý thuyết thành mỏng đàn hồi của Vlasov

- Tìm hiểu tiêu chuẩn Úc (AS/NZS 4600:2005) về việc thiết kế xà

gồ thép tạo hình nguội theo phương pháp bề rộng hữu hiệu

- So sánh phương pháp tính toán của lý thuyết thành mỏng đàn

hồi của Vlasov và tiêu chuẩn Úc (AS/NZS 4600:2005)

- Nghiên cứu đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của xà gồ chữ Z bằng lý thuyết độ tin cậy

- Thực hiện các ví dụ số tính toán, phân tích, đánh giá

1.4.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cấu kiện xà gồ thép cán nguội tiết diện chữ Z

- Phạm vi nghiên cứu: tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện thành mỏng chịu uốn xiên chữ Z theo một số tiêu chuẩn Đánh giá độ tin cậy của cấu kiện theo một số yếu tố ngẫu nhiên

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp kế thừa

 Phương pháp thu thập phân tích tài liệu

 Phương pháp khảo sát, thông kê

 Sử dụng lập trình Visual Basic bằng phần mềm Excel cho phương pháp mô phỏng Monte Carlo

 Lý thuyết độ tin cậy: Phương pháp mô phỏng Monte Carlo

- Các quốc gia trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi vật liệu kết cấu thép cán nguội Nhưng tại Việt Nam thì vẫn đang còn thiếu các tài liệu, vật liệu cấu kiện thép cán nguội chưa được sử dụng rộng rãi

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TÍNH TOÁN XÀ GỒ THÉP CÁN NGUỘI TIẾT DIỆN

CHỮ Z THEO VLASSOV

2.1.1 Lý thuyết thanh thành mỏng đàn hồi của Vlasov

2.1.1.1 Khái niệm về thanh thành mỏng

Theo Vlasov [7], thanh thành mỏng là thanh thẳng có hình dạng

tiết diện bất kỳ kín hoặc hở với kích thước theo dạng ba phương khác

nhau Nếu gọi l là chiều dài thanh, d là kích thước theo một cạnh

nào đó của tiết diện, t là tiết diện, t là chiều dày của thanh, thì thanh

được xem là thanh thành mỏng khi có các tỉ số thỏa mãn điều kiện:

b Xác định ứng suất tiếp bù (phụ thêm)

c Phương trình vi phân khi xoắn kiềm chế

Hệ số đặc trưng đối với xoắn kiềm chế:

2.1.2.1 Phân tích sự làm việc của xà gồ

a Trường hợp 1: Xà gồ chịu trọng lượng bản thân và hoạt tải

mái

Hình 2.9: Sơ đồ tính

Trường hợp 1

Hình 2.10: Mặt cắt 1-1 xà gồ chịu trọng lượng bản thân và hoạt tải mái

Hình 2.11: Phân tích tải trọng trường hợp

1

- Đối với xà gồ tiết diện Z, lực tác dụng xem như đi qua tâm xoắn,

nên không xoắn kiềm chế, xà gồ Z xem như chỉ chịu uốn xiên

b Trường hợp 2: Xà gồ chịu trọng lượng bản thân và áp lực gió bốc

Hình 2.14: Phân tích tải trọng trường hợp

2

 Kiểm tra khả năng chịu lực [7]

.

y x

2.2 TÍNH TOÁN XÀ GỒ THÉP TẠO HÌNH NGUỘI TIẾT

DIỆN CHỮ Z THEO TIÊU CHUẨN ÚC AS/NZS 4600-2005

2.2.1 Những quy định chung

2.2.2 Xác định tiết diện hữu hiệu của xà gồ Z

a Bề rộng hữu hiệu của phần tử được tăng cứng chịu ứng

suất nén phân bố đều

a.1 Đối với trường hợp tính toán khả năng chịu lực

a.2 Đối với trường hợp tính toán kiểm tra độ võng

b Bề rộng hữu hiệu của phần tử được tăng cứng chịu ứng

suất thay đổi tuyến tính

b.1 Đối với trường hợp tính toán khả năng chịu lực

b.2 Đối với trường hợp tính toán kiểm tra độ võng

c Bề rộng hữu hiệu của sườn tăng cứng biên chịu ứng suất

thay đổi của tuyến tính

c.1 Đối với trường hợp tính toán khả năng chịu lực

c.2 Đối với trường hợp tính toán độ võng

d Bề rộng hữu hiệu của phần tử chịu nén đều có một sườn

tăng cứng biên:

d.1 Đối với trường hợp tính toán khả năng chịu lực

d.2 Đối với trường hợp tính toán kiểm tra độ võng

2.2.3 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện theo phương

pháp đường trung bình

2.2.4 Tính toán kiểm tra xà gồ theo AS/NZS 4600-2005

 Tính toán và kiểm tra khả năng chịu lực

2.3.1 Giới thiệu

2.3.2 Phương pháp Monte Carlo

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo [22] có thể sử dụng để ước

lượng các công thức tích phân trên, tuy nhiên việc sử dụng công cụ

này đòi hỏi tốn nhiều thời gian và nó cũng bị hạn chế bởi tốc độ xử

lý của máy tính và khi đó chi phí cho việc tính toán các công thức

tích phân này sẽ lớn Từ những thập niên gần đây các phương pháp

xấp xỉ đã được nghiên cứu, ứng dụng cho việc tính toán độ tin cậy

của kết cấu và các lĩnh vực kỹ thuật khác

 

1

e x p 2

 Kiểm tra tỉ lệ hình học của cấu kiện thành mỏng

 Xác định kích thước tiết diện theo đường trung bình

 Tính toán các đặc trưng hình học phẳng

 Đặc trưng hình học quạt

Điểm Các điểm tọa độ quạt ω i (mm 2 ) ω i (mm 2 )

Ϭz do m (N/mm2)

Ϭz tổng (N/mm2)

-23.443

-3.439

-38.406 -50.730

Hình 3.6: Biểu đồ ứng suất pháp tiết diện xà gồ C theo Vlasov

 Kiểm tra cấu kiện xà gồ

- Kiểm tra khả năng chịu lực

| |

 thỏa điều kiện

3.2 Tính toán xà gồ Z theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600:2005 chịu

áp lực gió hút

 Tải trọng tác dung lên xà gồ

 Kiểm tra kích thước, tỷ lệ hình học mái tôn và xà gồ

 Đặc trưng tiết diện nguyên

 Đặc trưng tiết diện hữu hiệu

 Bề rông hữu hiệu của bản cánh chịu nén điều có sườn biên tăng cứng

- Bề rộng hữu hiệu của sườn biên tăng cứng

- Bề rộng hữu hiệu bản bụng

 Kiểm tra khả năng chịu lực

- Mômen uốn tính toán ở giữa nhịp:

+ Kiểm tra cánh chịu kéo:

 Biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang

- Từ biểu thức (2.67) và (2.68) ta suy ra được biểu thức ứng suất trên biên cánh kéo và nén khi xà gồ chịu uốn như sau:

- Ứng suất trên biên cánh nén:

Hình 3.9: Biểu đồ ứng suất pháp uốn tiết diện xà gồ Z theo AS/NZS:

4600:2005

- Từ bài toán ví dụ một cấu kiện thành mỏng chịu uống tiết diện L

theo lý thuyết thành mỏng Vlasov, tiêu chuẩn AS/NZS: 4600:2005

- Ta dựng được được biểu đồ ứng suất pháp mặt cắt ngang so sánh như sau:

Hình 3.10: Biểu đồ so sánh ứng suất mặt cắt ngang

Vì mỗi tiêu chuẩn có cách tính khác nhau: Vlasov tính ứng suất theo biểu đồ tọa độ quạt, AS.NZS: 4600:2005 tính toán theo phương pháp

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA MỘT SỐ YẾU

TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN XÀ

GỒ Z

4.1 Tính độ tin cậy theo phương pháp Monte Carlo

- Các đại lượng ngẫu nhiên được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.1 Các đại lượng đạc trưng ngẫu nhiên

ĐLNN Giá trị kỳ vọng μ Hệ số biến động ν Độ lệch chuẩn σ

- TỔ HỢP 1: νTỉnh tải + νHoạt tải với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 2: νTỉnh tải + νHoạt tải + νfy với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 3: νTỉnh tải + νHoạt tải + νTiết diện với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 4: νTỉnh tải + νgió với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 5: νTỉnh tải + νgió + νfy với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 6: νTỉnh tải + νgió + νTiết diện với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

- TỔ HỢP 7: νBao với sự biến thiên ( 0  0 , 3)

4.2.1 Khảo sát độ lệch của các đại lƣợng ngẫu nhiên ở các giá trị với sự biến thiên

a Xét tổ hợp 1: ν Tỉnh tải + ν Hoạt tải với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

b Xét tổ hợp 2: ν Tỉnh tải + ν Hoạt tải + ν fy với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

c Xét tổ hợp 3: ν Tỉnh tải + ν Hoạt tải + ν Tiết diện với sự biến thiên

( 0  0 , 3 )

d Xét tổ hợp 4: ν Tỉnh tải + ν gió với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

e Xét tổ hợp 5: ν Tỉnh tải + ν gió + ν fy với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

f Xét tổ hợp 6: ν Tỉnh tải + ν gió + ν Tiết diện với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

g Xét tổ hợp 7: ν Bao với sự biến thiên ( 0  0 , 3 )

 Biểu đồ so sánh tất cả các tổ hợp với sự biến thiên ( 0 , 0 5  0 , 3 )

Hình 4.9: Biểu đồ so sánh các tổ hợp tương quan giữa biến sai v và

P s

GHI CHÚ:

Nhận xét:

- Dựa trên biểu đồ so sánh các tổ hợp tương quan giữa biến sai v

và P s, ta thấy TH1, TH2, TH4, TH5 với sự biến thiên ( 0  0 ,1), thì đường gãy khúc lớn nhất, có đường cong độ tin cậy giảm

( 0 , 3 1 1 %  0 , 3 6 1 % ) với sự biến thiên ( 0 ,1  0 , 3 ) thì độ tin cậy giảm dần và không thay đổi

- Dựa trên biểu đồ so sánh các tổ hợp tương quan giữa biến sai v

và P s, ta thấy TH3, TH6, TH7 với sự biến thiên ( 0  0 , 0 5 ) thì đường cong độ tin cậy giảm (0 , 3 9 5 %  0 , 3 9 6 % )

4.2.2 Khảo sát độ lệch hệ số Φb thay đổi từ của các đại lƣợng ngẫu nhiên ở các giá trị với sự biến thiên

Hình 4.15: Biểu đồ so sánh tất cả các trường hợp hệ số Φ b thay

đổi từ

với sự biến thiên ( 0 , 0 5  0 , 3 )

 Nhận xét: Với Φb thay đổi từ  b ( 0 , 7  0 , 9 ), các đại lượng ngẫu

nhiên ở các giá trị với sự biến thiên v ( 0  0 , 3 )

- Từ biểu đồ so sánh tất cả các trường hợp b ( 0 , 7  0 , 9 ), ta thấy

đường cong tin cậy không thay đổi và gần như trùng nhau, vì vậy với

Φb thay đổi từ  b ( 0 , 7  0 , 9 ), các đại lượng ngẫu nhiên ở các giá trị với sự biến thiên v ( 0  0 , 3 )

thì độ tin cậy của các trường hợp không thay đổi nhiều và gần như tương đương nhau

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua những cơ sở lý thuyết đã trình bày trong chương 2 và kiểm chứng bằng ví dụ ở chương 3 ta có thể rút ta một số kết luận quan trọng và kiến nghị hướng phát triển cho đề tài như sau

5.1 Kết luận

Luận văn đề xuất phương pháp tính toán độ tin cậy của cấu kiện cán nguội xà gồ tiết diện Z chịu uốn Ứng dụng tính toán độ tin cậy bằng phương pháp tính độ tin cậy Monte Carlo với các tham số khi xem chúng là các đại lượng ngẫu nhiên

Tính toán độ tin cậy cho phép xác định được mức độ ảnh hưởng của từng tham số đến sự làm việc của cấu kiện xà gồ Z chịu uốn Qua

đó cho ta biết được xác xuất phá hủy, xác suất an toàn và dự báo khả năng phá hủy của cấu kiện xà gồ Z

Từ kết quả tính toán thu được ta có thể kết luận: cấu kiện xà gồ Z

an toàn với tiết diện, tải trọng, cường độ vật liệu, khả năng chịu lực

đã khảo sát ở chương 3

Trong chương 4 tính toán độ tin cậy của cấu kiện xà gồ Z Qua khải sát các trường hợp các đại lượng biến thiên ngẫu nhiên ta có một số nhận xét sau:

- Tổ hợp 1, tổ hợp 2 và tổ hợp 4 trong chương 4, phần (4.2.1) có biểu đồ đường cong độ tin cậy thay đổi liên tục trong khoảng biến thiên từ( 0  0 , 3 ) khoảng giảm lớn nhất nằm trong khoảng biến thiên ( 0  0 ,1), và giảm đều ở khoảng biến thiên từ ( 0 ,1  0 , 3 )

- Tổ hợp 3, tổ hợp 5, tổ hợp 6 và tổ hợp 7 trong chương 4, phần (4.2.1) có biểu đồ đường cong độ tin cậy thay đổi liên tục trong

khoảng biến thiên từ ( 0  0 , 3 ) khoảng giảm lớn nhất nằm trong khoảng biến thiên ( 0  0 , 0 5 ) và giảm đều ở khoảng biến thiên từ 1

Ta có nhận xét chung cho các tổ hợp có đại lượng ngẫu nhiên thay đổi như sau: Ở các tổ hợp có đại lượng ngẫu nhiên tham số tiết diện cấu kiện xà gồ Z cho ra kết quả độ tin cậy thấp

Ở chương 4 phần (4.2.2) ta có xét thêm tổ hợp 7 kết hợp với các trường hợp độ lệch hệ số Φb thay đổi từ , ta có nhận xét hệ số Φb thay đổi trong các trường hợp xét đến ở phần 4.2.2 không làm ảnh hưởng đến độ tin cậy của cấu kiện xà gồ Z