bài giảng kết cấu thép Chương 3 Dầm thép

Kiểm Tiết Diện Dầm Đã Chọn Theo Điều Kiện Cường Độ b.Kiểm tra điều kiện bền về cắt 3.20 Trong đó: V: lực cắt tại tiết diện cần kiểm tra; S: moment tĩnh của phần tiết diện nguyên bên trên

Trang 1

Chương 3DẦM THÉP

3.1.ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 3.1.1.Phân Loại Dầm

 Dầm là một loại cấu kiện cơ bản, chịu uốn là chủ yếu;

 Dầm có cấu tạo đơn giản;

 Dầm dùng làm dầm đỡ sàn công tác, dầm cầu chạy, dầm đỡ mái, dầm cầu, …v.v

 Chia dầm làm hai loại: dầm hình, dầm tổ hợp;

1

Trang 2

Hình 3.1 Tieát dieän daàm hình

Trang 3

 Dầm hình chữ [, có tiết diện không đối xứng theo phương trục y-y;

b.Dầm tổ hợp

 Là tiết diện được tạo thành từ các thép bản, thép hình;

3

Trang 4

Hình 3.2 Tiết diện dầm tổ hợp

Trang 5

3.1.2 Hệ Dầm Thép

a.Hệ dầm đơn giản

 Là hệ chỉ có một hệ thống các dầm bố trí song song với cạnh ngắn của ô sàn;

 Bản sàn làm việc như bản kê hai cạnh;

5

Hình 3.3 Hệ dầm đơn giản

Trang 6

b.Heä daàm phoå thoâng

6

Hình 3.4 Heä daàm phoå thoâng

Trang 7

 Là hệ gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với nhau và song song với hai cạnh của ô bản;

 Bản sàn làm việc như bản kê bốn cạnh;

 Dùng hệ dầm phổ thông khi (L x B ≤ 36 x 12m) hoặc khi sàn chịu tải trọng q ≤ 3000daN/m2;

c.Hệ dầm phức tạp

 Dùng khi sàn chịu tải trọng q > 3000daN/m2;

 Các dầm trong hệ dầm được liên kết với nhau bằng

ba cách:

• Liên kết chồng

• Liên kết bằng mặt

• Liên kết thấp

7

Trang 8

Hình 3.5 Hệ dầm phức tạp

Trang 9

 Liên kết chồng

 Làm tăng chiều cao kiến trúc của hệ sàn;

 Bản sàn chỉ được gối lên hai cạnh nên độ cứng và khả năng chịu lực của sàn không cao;

9

Hình 3.6 Liên kết chồng

Trang 10

Liên kết bằng mặt

 Giảm chiều cao kiến trúc của hệ sàn hoặc có thể tăng được chiều cao của dầm;

 Bản sàn chỉ được gối lên bốn cạnh nên độ cứng và khả năng chịu lực của sàn cao;

10

Hình 3.7 Liên kết bằng mặt

Trang 11

Liên kết thấp

 Bản sàn chỉ được gối lên hai cạnh nên độ cứng và khả năng chịu lực của sàn không cao;

11

Hình 3.8 Liên kết thấp

Trang 12

3.1.3 Cấu Tạo Và Tính Toán Bản Sàn Thép

12

Trang 13

 Biểu thức gần đúng giữa l, t:

(3.1)

Trong đó:

n0 = [l/ ∆ ];

= 0.3, hệ số Poisson của thép; 13

Bảng 3.1 Quan hệ giữa tải trọng tác dụng lên sàn và chiều dày bản sàn thép

q n

E

n t

l

4 0

1

1 15 4

2 1

1 − ν

= EE

Trang 14

 Sơ đồ tính toán bản sàn thép

14

Hình 3.9 Sơ đồ tính toán bản sàn thép

Trang 15

• Moment lớn nhất ở giữa nhịp bản được xác định theo công thức:

(3.2)

Trong đó:

l: nhịp tính toán của bản;

∆ : độ võng ở giữa nhịp bản do tải trọng tiêu chuẩn qc và lực kéo H gây ra;

0

Trang 16

l q

1

4 0

H

l

EI H

Q

x

1

2 2

4 ∆

=

π γ

α π

Trang 17

• Kiểm tra độ võng và độ bền của cấu kiện chịu kéo – uốn đồng thời:

(3.8)

Trong đó:

A, Wx: diện tích, moment kháng uốn đối với trục

x-x của dải bản dày t, rộng một đơn vị (1m);

[ ∆ ]: độ võng giới hạn cho phép;

f: cường độ tính toán chịu kéo của thép;

• Đường hàn góc có chiều dài một đơn vị, chiều cao hf phải đủ chịu lực kéo H:

17

[ ]∆

≤

∆ γ

≤ +

=

σ f ;

W

M A

H

c x

max

Trang 18

 L0: khoảng thông thủy;

 L1: chiều dài chế tạo, L1 = L - ∆

γ

β min

≥

Trang 19

Hình 3.10 Kích thước chính của dầm

Trang 20

∆ : sai số chế tạo, ∆ = (5 ÷ 10)mm;

l: nhịp tính toán, l = L;

3.2.2 Chiều Cao Của Tiết Diện Dầm

 Chiều cao tiết diện dầm, h:

hmin ≤ h ≤ hmax ; h ≅ hkt ( µ min)

hmin : chiều cao đảm bảo cho dầm đủ cứng trong suốt quá trình sử dụng;

hmax : chiều cao cho phép đủ để bố trí hệ dầm và bản sàn;

 Xác định chiều cao hmin

• Độ võng lớn nhất tại giữa dầm 20

Trang 21

5 2

p

c g

c

c c

p g

EI

p g

Trang 22

c c

p

g

γ γ

+

= 1

h =

Trang 23

Trong đó:

k: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo tiết diện dầm;

tw: chiều dày bản bụng dầm;

23

Bảng 3.2 Tỷ số chiều cao và chiều dày bản

bụng sàn thép

Trang 24

3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 3.3.1 Chọn Tiết Diện Dầm

 Moment kháng uốn yêu cầu

f

M W

f c

M W

γ 1 max

=

Trang 25

3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 3.3.1 Chọn Tiết Diện Dầm

• Ứng suất tiếp, τ ≤ 0.9f

25

Trang 26

Lo¹i tiÕt

diƯn Hình d¹ng tiÕt diƯn c1

1

0,25 0,5 1,0 2,0

1,19 1,12 1,07 1,04

2

0,5 1,0 2,0

1,40 1,28 1,18

3

0,25 0,5 1,0 2,0

1,19 1,12 1,07 1,04

Bảng 3.3 Hệ số c1

w

f

A A

y

x x

y y

Trang 27

1,40 1,28 1,18

6

0,25 0,5 1,0 2,0

y

x x

Trang 28

3.3.2 Kiểm Tiết Diện Dầm Đã Chọn Theo Điều Kiện Cường Độ

a Kiểm tra điều kiện bền về uốn

(3.19)

Trong đó:

M: moment uốn tại tiết diện kiểm tra;

Wnx: moment kháng uốn của tiết diện thực đối với trục x-x;

28

c nx

f W

c M

f W

M

γ σ

Trang 29

b.Kiểm tra điều kiện bền về cắt

(3.20)

Trong đó:

V: lực cắt tại tiết diện cần kiểm tra;

S: moment tĩnh của phần tiết diện nguyên bên trên thớ cần tính ứng suất cắt đối với trục x-x;

Ix: moment quán tính của tiết diện nguyên đối với trục x-x;

fv: cường độ tính toán về cắt của thép làm dầm;

tw: chiều dày bản bụng của thép hình đã chọn;

29

c v w

x

f t

I

Trang 30

 Trường hợp tại tiết diện kiểm tra, bản bụng bị giảm yếu do khoét

lỗ (đinh tán, boulone)

(3.21)

α = a(a – d) (3.22)

Trong đó:

a: khoảng cách tâm hai lỗ (đinh tán, boulone);

d: đường kính lỗ đinh;

30

c v w

x

f t

I

VS

γ α

Trang 31

c.Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suất cục bộ

31

Hình 3.11 Sơ đồ xác định chiều dài quy ước chịu

tải cục bộ của bản bụng dầm

Trang 32

Khi bên trên cánh dầm có tải tập trung;

Bản bụng không có sườn cứng gia cường;

→Kiểm tra điều kiện bền của bản bụng

(3.23)

Trong đó:

σ p: ứng suất cục bộ;

F: giá trị của tải trọng tập trung phân bố trực tiếp trên chiều rộng b;

lz: chiều dài phân bố quy đổi của tải trọng tập trung F;

32

c z

w

l t

F

γ

Trang 33

 Khi dầm khảo sát là dầm thép hình

lz = b + 2hy = b + 2(tf + r) (3.24) Trong đó:

tf: chiều dày cánh dầm;

r: bán kính cong chuyển tiếp từ bụng sang cánh;

 Kiểm tra bền theo công thức

(3.25)

33

c p

p

σ = 2 + 2 − + 3 2 ≤ 1 15

Trang 34

d.Kiểm tra tiết diện dầm chịu đồng thời (σ, τ, σp ) Trong đó: (3.26)

σ , σ p: mang dấu (+) nếu là kéo, dấu (-) nếu là nén;

Inx: moment quán tính của tiết diện thực;

y: khoảng cách từ biên trên của chiều cao tính toán của bụng dầm đến trục trung hòa;

34

3.3.3 Kiểm Tra Độ Võng Của Dầm

(3.28)

các tải trọng tiêu chuẩn gây ra;

y I

M nx

= σ

Trang 35

1 Mái lợp ngói không đắp vửừa, mái tấm tôn nhỏ

2 Mái lợp ngói có đắp vửừa, mái tôn múi và các mái khác

L /150

L /200 Dầm hoặc giàn đỡ cầu trục:

1 Cầu trục chế độ làm việc nhẹ, cầu trục tay, palaờng

2 Cầu trục chế độ làm việc vừa

3 Cầu trục chế độ làm việc nặng và rất nặng

L /400

L /500

L /600 Sườn tường:

dầm.

Baỷng 3.4 ẹoọ voừng cho pheựp cuỷa caỏu kieọn chũu uoỏn

Trang 36

3.3.4 Kiểm Tra Ổn Định Tổng Thể Của Dầm

 Kiểm tra ổn định tổng thể dầm theo công thức

(3.29)

Trong đó:

Wc: moment kháng uốn của tiết diện nguyên cho thớ biên của cánh chịu nén;

γ c = 0.95: hệ số điều kiện làm việc;

ϕ b: hệ số, phụ thuộc vào tham số ϕ 1

(3.30)

ψ : hệ số, phụ thuộc dạng tải trọng – hệ số α,…v.v;

36

c c

b

f W

2 0

2 1

l fI

h EI

Trang 37

Bảng 3.5 Hệ số ψ cho dầm I có hai trục đối xứng

Trang 38

3.3.4 Kiểm Tra Ổn Định Tổng Thể Của Dầm

Với thép I cán nóng,

(3.31)

h: chiều cao tiết diện dầm;

It: moment quán tính xoắn của dầm;

lo: chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh nén;

 Hệ số ϕb lấy như sau Nếu ϕ1 ≤ 0.85, lấy ϕb = ϕ1 Nếu ϕ1 > 0.85, ϕb = 0.68 + 0.21ϕ1 ≤ 1 (3.32)

38

2 0

54 1

I

y t

α

Trang 39

3.4 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3.4.1 Chọn Tiết Diện Dầm

39

Hình 3.12 Tiết diện ngang dầm tổ hợp hàn

Trang 40

a.Xác định chiều cao dầm

 Chiều cao tiết diện dầm, h:

hmin ≤ h ≤ hmax ; h ≅ hkt

b.Xác định chiều dày bản bụng dầm

 Chiều dày nhỏ nhất của bản bụng, tw được xác

định theo điều kiện bản bụng đủ chịu Vmax

(3.33)

 Khi h = (1 ÷ 2)m → (3.34)

40

c v w

w

f h

V t

γ 2

Trang 41

2

w w c

fk

f f

h

t f

hM h

t b

γ

Trang 42

 Các yêu cầu cấu tạo

b

f

f ≤

Trang 43

 Nhằm đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể của dầm và dễ liên kết với các cấu kiện khác,

bf = (0.2 ÷ 0.5)h; bf ≥ 180mm; bf ≥ 0.1h

 Xác định tiết diện cánh dầm đinh tán (boulone)

 Chọn tiết diện thép góc cánh dầm (3.39)

1

Trang 44

Hình 3.13 Tiết diện dầm tổ hợp đinh tán

Trang 45

 Chọn tiết diện bản phủ cánh dầm

Id = I – Iw – Ig (3.41) (3.42)

=

Trang 46

Iog: moment quán tính của tiết diện một thép góc đối với trục trọng tâm của chính nó, tra bảng;

ag: khoảng cách từ trục trọng tâm thép góc đến trục trung hòa;

Id: moment quán tính của tiết diện các bản phủ hai cánh dầm đối với trục x-x;

n1: số lượng bản phủ ở mỗi cánh dầm;

hđ: khoảng cách trọng tâm các bản phủ ở hai cánh dầm, hđ = h – (12 ÷ 24)mm;

46

Trang 47

mép bản phủ, a1

3.4.2 Kiểm Tra Độ Bền, Độ Võng Của Dầm Tổ Hợp (tương tự như dầm hình)

47

Trang 48

3.4.3 Thay Đổi Tiết Diện Dầm Theo Chiều Dài Dầm

48

Hình 3.14 Các cách thay đổi tiết diện dầm

Hình 3.4.3.a Biến đổi chiều cao dầm theo biểu đồ M

Hình 3.4.3.b Biến chiều dày bản cánh dầm

Hình 3.4.3.c Biến đổi bề rộng bản cánh dầm

i<1/5

a) giảm h

b) giảm tf

c) giảm bf

Trang 49

3.4.3 Thay Đổi Tiết Diện Dầm Theo Chiều Dài Dầm

 Giảm tiết diện tại vị trí có moment bé;

 Thay đổi tiết diện dầm bằng các cách sau

• Giảm chiều cao bụng dầm → vị trí đầu dầm

• Giảm chiều dày cánh dầm

• Giảm chiều rộng cánh dầm

Cấu tạo chiều rộng mới của bản cánh, bf1

bf1 ≥ 180mm;

bf1 ≥ 0.5bf;

bf1 ≥ 0.1h

49

Trang 50

3.5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP 3.5.1 Hiện Tượng Và Nguyên Nhân

50

Hình 3.15 Mất ổn định tổng thể của dầm

Trang 51

3.5.2 Tính Toán Dầm Theo Điều Kiện Ổn Định Tổng Thể

a Kiểm tra ổn định tổng thể dầm theo công thức

f W

w f

f

w

t b

at b

h

t

1 8

α

Trang 52

b Khi dầm có một trong các điều kiện sau thì không cần kiểm tra ổn định tổng thể

liên kết một cách chắc chắn với cánh nén của dầm;

b t

b b

l

f

f f

+

≤ 0 41 0 0032 0 73 0 016

0

Trang 53

c Biện pháp tăng cường ổn định tổng thể

ngang;

53

Trang 54

3.6 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA BẢN CÁNH, BẢN BỤNG DẦM TỔ HỢP

cục bộ của dầm.

54

Trang 55

3.6.1 Ổn Định Cục Bộ Của Bản Cánh Nén

55

Hình 3.16 Mất ổn định cục bộ của cánh dầm

Trang 56

b

f

5 0

0

≤

Trang 57

Bảng 3.6 Giá trị giới hạn [b0/tf]

Trang 58

Hình 3.17 Sơ đồ tiết diện ngang của định hình cong

Trang 59

a.Mất ổn định cục bộ do tác dụng của ứng suất tiếp

59

3.6.2 Mất Ổn Định Cục Bộ Của Bản Bụng Dầm

Hình 3.18 Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm

do ứng suất tiếp, τ

Trang 60

60

 Để đảm bảo ổn định cục bộ, bản bụng của dầm tổ hợp phải được tăng cường bằng các sườn cứng

theo các quy định sau

• Độ mãnh quy ước của bản bụng

(3.49)

Nếu > 3.2 khi dầm chịu tải trọng tĩnh;

Nếu > 2.2 khi dầm chịu tải trọng động;

→ Bản bụng phải được tăng cường bằng các sườn cứng ngang;

E

f t

Trang 61

 Khoảng cách giữa các sườn cứng ngang

a ≤ 2hw khi > 3.2

a ≤ 2.5hw khi ≤ 3.2

• Khi bố trí cặp sườn đối xứng bsn = bs = hw/30 + 40mm (3.50)

• Khi bố trí các sườn ở một bên của bản bụng bsn = bs = hw/24 + 50mm (3.51)

t s ≥ 2 s

Trang 62

Hình 3.19 Sơ đồ dầm được tăng cường bằng các sườn cứng

Trang 63

b.Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do tác dụng của ứng suất pháp

63

Hình 3.20 Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do tác

dụng của ứng suất pháp

Trang 64

bụng bị phồng lên tạo thành các sóng vuông góc

bộ của bản bụng dầm do tác dụng của ứng suất pháp;

 Nếu > 5.5, thì ngoài sườn cứng ngang còn

Trang 65

bụng dầm khi

• ≤ 3.5, trong trường hợp không có ứng suất cục bộ;

Trang 66

c.Ổn định của bản bụng dầm do σ, τ

66

(3.54)(3.55)(3.56)

Trang 67

σ, τ: ứng suất (pháp, tiếp) của thớ mép bản

bụng tại tiết diện kiểm tra;

(3.57)

(3.58)

M, V: giá trị trung bình của moment uốn và lực cắt trong ô kiểm tra;

của bản bụng dầm;

V

= τ

Trang 68

(3.59)

Trang 69

Bảng 3.7 Hệ số ccr đối với dầm tổ hợp hàn

Bảng 3.8 Hệ số β

Trang 70

(3.60)

Trang 71

Hình 3.21 Sơ đồ dầm được tăng cường bằng các

sườn cứng

a, b) Lực F đặt ở cánh chịu nén, chịu kéo

Trang 72

(3.61)(3.62)

Trang 73

(3.63)(3.64)(3.65)

Trang 74

Trang 75

(3.66)

Trang 76

Bảng 3.10 Giá trị σc /σ

Trang 77

kích thước thực của ô bản;

Trang 78

3.7.1 Liên Kết Cánh Dầm Với Bản Bụng

78

3.7 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CỦA DẦM

Hình 3.22 Sự làm việc của liên kết cánh với bụng

dầm tổ hợp

Trang 79

tương đối so với bản bụng, đường hàn phải chịu được lực trượt đó;

I

VS t

T = τ =

Trang 80

Sf: moment tĩnh của phần tiết diện bị trượt đối với trục trung hòa x-x;

I f

VS h

γ

β min

2

≥

Trang 81

 Lực trượt mỗi đinh phải chịu

VS Ta

N

x

f b

c

b minγ ≥ =

Trang 82

 Bước đinh, a (3.73)

82

a Dầm thép hình 3.7.2 Cấu Tạo Và Tính Toán Mối Nối Dầm

Hình 3.23 Nối dầm hình dùng đường hàn đối đầu

[ ]

f

x c b

VS

I N

a ≤ minγ

Trang 83

 Nối bụng dầm trước, nối các bản cánh dầm

sau (để giảm ứng suất hàn – biến hình hàn);

lấy bằng 85% độ bền chịu kéo của thép làm dầm;

83

a Cấu Tạo Và Tính Toán Mối Nối Dầm Thép Hình

Trang 84

a Cấu Tạo Và Tính Toán Mối Nối Dầm Thép Hình

Hình 3.24 Nối dầm hình dùng đường hàn đối đầu và bản nối

n

Trang 85

 Các đường hàn đối đầu và bản nối phải chịu toàn bộ M tại tiết diện nối, hình 3.24c;

• Moment do tiết diện đường hàn đối đầu nối cánh và bụng dầm phải chịu

Ww: moment kháng uốn của tiết diện đường hàn đối đầu;

fwt: cường độ chịu kéo của đường hàn đối đầu;

• Moment mà bản nối cánh dầm phải chịu

85

a Cấu Tạo Và Tính Toán Mối Nối Dầm Thép Hình (M > 0.85Mmax )

Trang 86

• Diện tích tiết diện bản nối

bn bn

f h

M A

γ

=

Trang 87

 Đường hàn góc liên kết bản nối với cánh dầm

bản nối với cánh dầm

bn f

h f

N l

γ

β min

Trang 89

Xét hình 3.24d, các quan niệm

 Moment tác dụng tại tiết diện nối do các bản nối

cánh dầm chịu;

 Lực cắt tác dụng tại tiết diện nối do các bản nối bụng dầm và các đường hàn góc chịu;

 Diện tích cần thiết của tiết diện bản nối cánh

bn bn

f h

M A

γ

=

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	11,67 MB