bài giảng kết cấu thép i

bài giảng kết cấu thép i

KHOA XÂY DỰNG PGS.TS NGUYỄN VĂN BA

KẾT CẤU THÉP I

NĂM 2012

MỞ ĐẦU

CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Được làm bằng: Đất, đá

Bê tông Tre, gỗ Thép (kim loại)

Cơ học đất, đá

Bê tông cốt thép

Kết cấu thép Kết cấu thép là những kết cấu chịu lực của các công

trình được làm bằng thép hoặc kim loại khác

Cột Dàn

KẾT CẤU THÉP

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC

1 Vật liệu

2 Liên kết

3 Các loại kết cấu

4 Các công trình dùng kết cấu thép

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TỪNG LOẠI KẾT CẤU

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Kết cấu là một hệ cơ học chịu trải trọng vì vậy nó được tính toán như một hệ cơ học (đã được nghiên cứu trong các môn cơ học)

1 Lập sơ đồ tính toán

2 Xác định được tải trọng

3 Thực hiện tính toán theo độ bền, độ cứng và ổn định

4 Thực hiện thật nghiêm túc tiến độ học tập

5 Tăng cường trao đổi, làm việc theo nhóm

6 Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

TÀI LiỆU THAM KHẢO

1 Kết cấu thép cấu kiện cơ bản – Phạm văn Hội – NXB KH&KT - 2006

2 Kết cấu thép – Nguyễn Tiến Thu – NXB Xây dựng - 2007

3 Bài tập thiết kế kết cấu thép – Trần Thi Thôn – NXB ĐH Quốc gia TP HCM

4 Hướng dẫn thiết kế kết cấu thép – Tủ sách KHCN Xây dựng – NXB Xây

dựng - 2009

5 Tính toán kết cấu thép – Nguyễn Văn Yên – Trường ĐH Bách Khoa TP HCM

6 Kết cấu thép – Đoàn Định Kiến – NXB Khoa học kỹ thuật - 1998

7 Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp – Đoàn Định Kiến – NXB Khoa học kỹ thuật - 1998

8 Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp – Phạm Văn Hội – NXB Khoa học kỹ thuật - 2005

9 Tính toán và thiết kế kết cấu thép – Phạm Huy Chính – NXB XD - 2010

10 Thiết kế hệ dầm sàn thép – Đoàn Tuyết Ngọc – NXB Xây dựng - 2009

11 Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội– Đoàn Định Kiến – NXB

XD - 2005

12 Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam 338-2005

Chương 1:

VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC

CỦA KẾT CẤU THÉP

1.1 Đại cương về kết cấu thép

Kết cấu thép là những kết cấu chịu lực của các công trình được làm bằng thép hoặc kim loại khác

Các công trình dùng kết cấu thép

Dàn

Cột Dầm

Liên kết

1.1.1 Những ưu và nhược điểm của kết cấu thép

1.1 Đại cương về kết cấu thép

a Ưu điểm:

- Bị ăn mòn

b Nhược điểm :

- Trọng lượng nhẹ

- Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao

- Tính công nghiệp cao

- Tính cơ động cao trong vận chuyển và lắp ráp

1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với kết cấu thép

1.1 Đại cương về kết cấu thép

Hình dạng hài hòa, thanh thoát

Yêu cầu về kinh tế

Tránh được thiết kế lắp lại

1.2.1 Phân loại thép xây dựng

1.2.2 Cấu trúc và các thành phần của thép

1.2 Thép xây dựng

a Cấu trúc của thép

b Thành phần hóa học của thép

Thép có tổ chức tinh thể với hai tổ chức chính

- Ferit các hạt màu sáng chiếm 99% thể tích

- Xementit là hợp chất sắt cacbua (Fe3C)

- Thép cacbon,

- Đối với thép hợp kim,

1.2.3 Các mác thép xây dựng

1.2 Thép xây dựng

a Mác thép cacbon kết cấu thông thường (TCVN 1765 - 1975)

c Thép cacbon cán nóng dùng làm kết cấu thép trong xây dựng

b Mác thép cacbon kết cấu chất lượng tốt (TCVN 1766 - 1975)

1.3.1 Sự làm việc chịu kéo, nén của thép

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

Biểu đồ kéo nén thép

Các đặc trưng cơ học của vật liệu: Giới hạn tỷ lệ: tl

Giới hạn chảy: clGiới hạn bền: bBiến dạng khi đứt: 0

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

1.3.2 Sự phá hoại giòn của thép

Hiện tượng biến cứng nguội

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

1.3.2 Sự phá hoại giòn của thép

Thép chịu ứng suất phức tạp

Khi chịu ứng suất phẳng:

Có các ứng suất chính:

1 và 2

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

1.3.2 Sự phá hoại giòn của thép

Sự tập trung ứng suất

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

1.3.2 Sự phá hoại giòn của thép

Thép chịu tải trọng lặp

1.3 Sự làm việc của thép chịu tải trọng

1.3.2 Sự phá hoại giòn của thép

Độ dai va đập

Độ dai va đập có giá

trị bằng công phá họa

mẫu chia cho diện

tích tiết diện mẫu

1.4.1 Thép hình

1.4 Quy cách thép xây dựng

1.4 Quy cách thép xây dựng

1.4.2 Thép tấm

1.4.3 Thép hình dập, cán nguội

Kết cấu bị hỏng

Cứ tăngtải trọng

Trang thái giới hạn

Mất khả năng

chịu lực

Không sử dụng bình thường được

1.5.1 Cường độ của thép

1.5 Phương pháp tính kết cấu thép

a Cường độ tiêu chuẩn:

là đặc trưng cơ bản của vật liệu được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu

- khi tính toán theo giới hạn chảy:

- khi tính toán theo giới hạn bền:

y m

f f





u t

m

f f

1.5.2 Tải trọng và tổ hợp tải trọng

1.5 Phương pháp tính kết cấu thép

a Phân loại tải trọng

Tổ hợp cơ bản: + Khi có 1 tải trọng ngắn hạn: Ptx + P dh + P nh

+ Khi có nhiều tải trọng ngắn hạn: Ptx + P dh + 0,9 P nh

c Tổ hợp tải trọng

b Tải trọng: Tải trọng tiêu chuẩn: Pc

-Động đất-Đất sụt lở-Nổ

-

-Tải trọng thi công, sửa chữa, cẩu lắp

-Trọng lượng đồ đạc-Trọng lượng người đi lại-Gió

-

-Trọng lượng thiết bịmáy móc

-Trọng lượng vách ngăn tạm thời

-Trọng lượng hàng hóa-

Dài hạn (P dh )

Tải trọng tạm thời Tải trọng thường xuyên

(P tx )

Tải trọng tính toán: P = q P c

Tổ hợp đặc biệt: Ptx + P dh + 0,8 P nh + P db

1.5 Phương pháp tính kết cấu thép

1.5.3 Tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn

Nhóm 1: mất khả năng chịu lực hoặc

không sử dụng được nữa

Nhóm 2: kết cấu không sử dụng bình thường được nữa hoặc làm giảm tuổi thọ công trình

- khi tính toán theo giới hạn chảy

m

Af Af

- khi tính toán theo giới hạn bền

Biến dạng hay chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn trong những tổ hợp bất lợi nhất

Hệ số điều kiện làm việc

Hệ số độ tin cậy về tải trọng

Hệ số an toàn về sử dụng

Hệ số độ tin cậy về cường độ

Hệ số an toàn với cấu kiện tính theo giới hạn bền

1.6 Tính toán cấu kiện

Các trường hợp chịu lực của cấu kiện

- Điều kiện không

hỏng

Nội dung tính toán

+ Điều kiện bền:

+ Điều kiện ổn định + Điều kiện cứng

* Trong giới hạn đàn hồi

* Kể đến biến dạng chảy

1.6 Tính toán cấu kiện

1.6.1 Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm

Nội lực:

Ứng suất:

n

N A

 

a Khi tính theo giới hạn chảy

b Khi tính theo giới hạn bền t c

f N

N

f A

M =cW

h

P

1.6 Tính toán cấu kiện

1.6.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn

Điều kiện bền uốn trong một mặt phẳng chính

a Trong giới hạn đàn hồi

Điều kiện bền cắt trong một mặt phẳng chính

b Khi kể đến biến dạng dẻo

1.6 Tính toán cấu kiện

1.6.3 Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm

a Tính theo điều kiện bền

c n

N

f A

b Tính theo điều kiện ổn định N c

f A

1.6 Tính toán cấu kiện

1.6.4 Tính toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm

a Trong giới hạn đàn hồi

f A

    

b Khi kể đến biến dạng dẻo

3 2

1 cW

1.6 Tính toán cấu kiện

1.6.5 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

a Tính theo điều kiện bền

b Tính theo điều kiện ổn định

Như thanh chịu kéo lệch tâm

Ngoài lực dọc N, thanh còn chịu mô men uốn M=N(e+f)

Thanh bị cong Biến dạng không tuyến tính với N



e cr

3 Tính toán cấu kiện:

- TÍnh toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu uốn

- TÍnh toán cấu kiện chịu nén đúng tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

Chú ý các ký hiệu dùng trong xây dựng