Bài giảng kết cấu thép chương 1 kết cấu thép dùng cho xây dựng

Vị trí môn học: -Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng ngày nay, đặc biệt là kết cấu thép, làm bộ phận chịu lực trong các công trình dân dụng và công nghiệp, các công trình c

Trang 1

PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 1

* Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:

- Chuyên cần : 10%

- Thi giữa học phần : 20%

- Bài tập về nhà : 10%

- Thu hoạch cá nhân : 10%

- Thi kết thúc học phần : 50%

11 25 36 Tổng cộng:

1 2 3 Chương 5: Dàn thép

6

2 3 5 Chương 4: Cột thép

5

4 6 10 Chương 3: Dầm thép

4

4 6 10 Chương 2: Liên kết kết cấu thép

3

7 7 Chương 1: Vật liệu và sự làm việc của kết cấu thép 2

1 1 Chương mở đầu: Đại cương về vật liệu kết cấu thép 1

Phần kết cấu thép

BT LT Tổng Nội dung

TT

CHƯƠNG MỞ ĐẦU:

KẾT CẤU THÉP DÙNG CHO XÂY DỰNG

§1 Vị trí môn học:

-Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng ngày nay,

đặc biệt là kết cấu thép, làm bộ phận chịu lực trong các công trình

dân dụng và công nghiệp, các công trình của ngành cầu đường,

thủy lợi, thủy điện…

- Môn học kết cấu thép – gỗ cần thiết cho mọi kỹ sư, cán bộ kỹ thuật

trong các ngành xây dựng

- Để quá trình học tập, nghiên cứu đạt kết quả tốt cần có sự kết hợp,

vận dụng đầy đủ và đúng đắn các kiến thức của nhiều môn học

Trang 2

§2 Ưu điểm và khuyết điểm của kết cấu thép

2.1 Ưu điểm

- Có khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao;

- Có trọng lượng nhẹ;

- Có tính công nghiệp hóa cao trong sản xuất, chế tạo, lắp dựng;

- Có tính cơ động;

- Tính kín: không thấm nước

2.2 Nhược điểm

- Bị ăn mòn;

- Khả năng chịu lửa kém

§3 Phạm vi ứng dụng của kết cấu thép

- Nhà công nghiệp

- Nhà nhịp lớn

- Khung nhà nhiều tầng

- Dùng cho công trình cầu đường bộ, đường sắt

- Kết cấu trụ vô tuyến, cột điện dàn khoan

- Kết cấu thép bản

- Các loại kết cấu di động

§4 Yêu cầu cơ bản đối với kết cấu thép

4.1 Yêu cầu về sử dụng

- Kết cấu phải bảo đảm yêu cầu về mỹ quan, về kiến trúc

- Đảm bảo các yêu cầu về chịu lực

- Kết cấu không bị thay đổi về hình dáng và vị trí

4.2 Yêu cầu về kinh tế

- Tiết kiệm vật liệu

- Đảm bảo tính công nghệ khi chế tạo

- Đảm bảo tính định hình hóa

- Đảm bảo tính môđun hóa, thống nhất hóa

Trang 3

§1 CÁC LOẠI THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG

CHƯƠNG 1:

NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU THÉP

1.1 Phân loại thép

Phân loại theo thành phần hóa học

- Thép các bon

- Thép hợp kim

Phân loại theo cách sản xuất thép

- Sản xuất bằng lò bằng

- Sản xuất bằng lò quay

Phân loại theo phương pháp khử oxy

- Thép sôi

- Thép tĩnh (lặng)

- Thép nữa tĩnh

1.2 Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của thép xây dựng

Hạt ferit

Màng pectit + xementit

- Cấu trúc

- Thành phần hóa học

Hai thành phần chính:

+ Fe : chiếm 99% trọng lượng thép

+ C: %C ≤ 1,7%

Một số thành phần khác:

+ Có lợi cho thép: Mn, Si + Có hại cho thép: P, N, O2

+ Hạt ferit

+ Xementit: Fe + C Æ Fe3C + Pectit = Xementit + Fe

1.3 Các mác thép dùng trong xây dựng

- Thép cacbon thấp, cường độ thường

Nhóm A: Đảm bảo tính chất cơ học

Nhóm B: Đảm bảo thành phần hóa học

Nhóm C: Đảm bảo tính chất cơ học và thành phần hóa học

- Thép cường độ khá cao

Là thép cacbon thấp nhiệt luyện hoặc thép hợp kim

- Thép cường độ cao

Là thép hợp kim nhiệt luyện

Trang 4

§2 SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG

1.1 Biểu đồ ứng suất – biến dạng

A (cm 2 )

l P

l =5,65

d

P (daN)

Nếu tăng dần tải trọng P ta có các biến dạng dài tương ứng ∆l

Nghiên cứu quan hệ giữa P và ∆l

ta thiết lập được biểu đồ quan hệ giữa chúng

1 Sự làm việc chịu kéo của thép

Thay P và ∆l bằng các thông số ứng suất và biến dạng tương đối.

) / (daN cm2

A

P

= σ (%)

l l

∆

= ε

σ - ứng suất pháp;

A - diện tích ban đầu của mẫu;

ε - biến dạng tương đối;

l - chiều dài ban đầu của mẫu.

Trục tung ~ ứng suất

Trục hoành ~ BD tỉ đối

Trang 5

Theo biểu đồ quan hệ, thép làm việc theo 4 giai đoạn chính

Bao gồm: OA, AB, BC, CD

O O' 4 8 12 16 20

ε(%)

A' A

B C

D

2 (daN/cm)

σ = P A

- Đoạn OA: P còn nhỏ, quan hệ giữaσ - ε theo bậc nhất,

Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, Hook: σ = E.ε ;

Ứng suất tương ứng với điểm A là giới hạn tỉ lệ: σA = σtl.

O O' 4 8 12 16 20

ε(%)

A' A

B C

D

2 (daN/cm)

σ = P A

- Đoạn AB: Tăng P biến dạng sẽ tăng nhanh hơn ứng suất, biểu đồ lệch dần ra khỏi đường thẳng

Thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi dẻo,

E Æ 0 σB = σC(giới hạn chảy)

O O' 4 8 12 16 20

ε(%)

A' A

B C

D

2 (daN/cm)

σ = P A

Trang 6

- Đoạn BC: thép làm việc dẻo ε tự động tăng khi σ không tăng,

BC gọi là thềm chảy.Ứng suất sẽ tương ứng với e = 0,2 ÷2,5%.

Tại C nếu ta cất tải P thì biểu đồσ giảm tải sẽ là đường CO’//OA

OO’ được gọi là biến dạng dư.

O O' 4 8 12 16 20

ε(%)

A' A

B C

D

2 (daN/cm)

σ = P A

- Đoạn CD: Tăng P Æ quan hệσ & ε là đường cong thoải,

thép còn có khả năng chịu được lực nên gọi là giai đoạn cũng cố

σ tăng chậm, e tăng nhanh hơn, mẫu dần bị thắt lại và đứt

Cường độ tức thời hay giới hạn bền: σ b, biến dạng khi đứt: εb

O O' 4 8 12 16 20

ε(%)

A' A

B C

D

2 (daN/cm)

σ = P A

1.2 Các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép

Qua biểu đồ kéo của thép rút ra một số đặc trưng cơ bản sau:

- Môđun đàn hồi E: E = tgα

- Giới hạn chảyσc: là ƯS lớn nhất có thể có trong VL mà không

được phép vượt qua, căn cứ để xác định cường độ tiêu chuẩn của thép

- Giới hạn bềnσb: là cường độ tức thời của thép khi bị kéo đứt,

- Biến dạng khi đứtεb: là biến dạng ứng với thép đạtσb

- Giới hạn tỷ lệσtl: là ứng suất giới hạn để VL làm việc theo ĐL Húc

Trang 7

2 Sự phá hoại giòn của thép

2.1 Hiện tượng cứng nguội

2.2 Hiện tượng già thép

2.3 Thép chịu trạng thái ứng suất phức tạp

- sự tập trung ứng suất 2.4 Thép chịu tải trọng lặp, sự mỏi của thép

§3 QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG

1 Thép hình.

1.1 Thép góc

d

a

b d

b

50 loại: L20×3

Æ L250×35

l = 4 ÷13m

72 loại: L30×20×3

Æ L200×150×25

l = 4 ÷13m

Tiết diện 1 hoặc 2 thép góc làm góc làm các thanh kéo, nén trong dầm

Liên kết với các thép tấm hình tiết diện tổ hợp

Làm các chi tiết đỡ các cấu kiện khác

1.1 Thép góc

Trang 8

1.2 Thép hình chữ I

h

b d

h

b d

Có 23 loại : Lọai phổ thông INo10÷ INo60 (h = 100÷600 mm)

Loại mở rộng cánh INo18a÷INo30a (h = 180÷300 mm)

1.3 Thép hình chữ [

Có 22 loại:

Loại phổ thông CNo5÷CNo40

(h = 50÷400 mm)

Loại mở rộng cánh CNo14a÷CNo24a

(h = 140÷240 mm)

1 Thép tấm.

- Thép tấm phổ thông: t = 4÷60mm; a = 160÷1050; b = 600÷12000:

thường dùng cho các cấu kiện tổ hợp cột, dầm, khung

- Thép tấm dày: t = 60÷160mm; a = 600÷3000; b = 4000÷8000:

thường dùng cho các công trình bể chứa (chất lỏng, hơi), v v

- Thép tấm mỏng: t = 0,2÷4mm; a = 600÷1400; b = 1200÷4000:

thường dùng làm mái lợp, dập thành thép dập nguội

3 Thép dập cán nguội.

Từ thép tấm mỏng, thép giải dày 2 ÷16 mm đêm dập nguội Æ thép hình

b

R=1,2δ

Ưu điểm: có vành mỏng, nhẹ thường được dùng cho các kết cấu nhẹ,

chịu lực nhỏ nhưng yêu cầu độ cứng lớn như xà gồ, thanh của dàn

không gian nhịp lớn v

Khuyết điểm: có sự cứng nguội ở những góc bị uốn, chống rĩ kém

Trang 9

4 Một số loại thép khác

-Thép tròn: d = 4÷250 mm; làm bulông, thanh kéo

-Thép ống từ 42×2,5 ÷ 500×15 mm: làm dàn, các thanh của tháp trụ

-Thép tấm có vân (gờ): lát đường đi, các sàn thao tác v v

-Thép ray, thép chữ T, thép vuông v v

§4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP

1 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (TTGH)

1.1 Nhóm trạng thái giới hạn 1

Điều kiện an toàn về khả năng chịu lực có thể viết dưới dạng

N ≤ S

S – nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được.

N = ΣP i c N iγQγn n c

P i c - Tải trọng tiêu chuẩn thứ i tác dụng lên kết cấu;

N i - Nội lực trong kết cấu do tải trọng P i = 1 gây ra;

γQ- hệ số độ tin cậy về tải trọng;

γn- hệ số an toàn về sử dụng

Xác định:

Khả năng chịu lực S viết là

M c y c

Af Af S

γ

=

) ( M u c u u c

Af S

γ γ

= hoặc

γu– hệ số an toàn đối với cấu kiện tính theo giới hạn bền, γu = 1,3

γM– hệ số độ tin cậy về cường độ

Trang 10

1 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (TTGH)

Là các trạng thái làm cho kết cấu không sử dụng bình thường

được như bị cong quá mức, bị lún và rạn nứt v v

∆ - Biến dạng hay chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn do những tổ hợp bất lợi nhất gây nên

Nếu dI là biến dạng gây ra bởi tải trọng đơn vị thì

∑

=

∆ P i cδiγn n c

∆

- là biến dạng, chuyển vị cho phép trong thiết kế đề ra, được qui định bởi các tiêu chuẩn, qui phạm

2 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán

+ Khái niệm về cường độ tiêu chuẩn: là đặc trưng cơ bản của vật

liệu, được qui định trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép

• Đối với thép cacbon thấp, thép có thềm chảy: fy= σc

• Đối với thép cacbon cao, thép không có thềm chảy: fu= σb + Cường độ tính toán bằng cường độ tiêu chuẩn chia cho hệ số

an toàn về vật liệuγM

Ví dụ: Với thép cường độ thông thường và cường độ cao vừa có

σc ≤ 3800 daN/cm2, lấyγM= 1,05

f cd = 0,025.f u /γ M

f cd

Ép mặt theo đường kính của con lăn

f cc = 0,5.f u /γ M

f cc

Ép mặt trong khớp trụ khi tiếp xúc chặt

f c = f u /γ M

f c

Ép mặt lên đầu mút (khi tỳ sát)

f v = 0,85.f y /γ M

f v

Trượt

f = f y /γ M

f t = f y /γ M

f

f t

Kéo, nén, uốn

- Theo giới hạn chảy

- Theo giới hạn bền

Cường độ tính toán

Ký hiệu Trạng thái làm việc

Bảng 1.1 Cường độ tính toán của thép cán và thép ống

Trang 11

3 Tải trọng và tác động

3.1 Phân loại tải trọng

+ Tải trọng thường xuyên là tải trọng không biến đổi về giá trị,

vị trí, phương chiều trong quá trình sử dụng công trình

+ Tải trọng tạm thời là tải trọng có thể có hoặc không có trong một

giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng và sử dụng

- Tải trọng tạm thời dài hạn

- Tải trọng tạm thời ngắn hạn

- Tải trọng đặc biệt

3.2 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán

+ Tải trọng tiêu chuẩn: xác lập trên cơ sở xác suất thống kê,

được cho trong tiêu chuẩn, đó là trị số tải trọng lớn nhất có

thể có trong công trình khi sử dụng bình thường

+ Tải trọng tính toán: kể đến sự thay đổi giá trị của tải trọng

tiêu chuẩn do những sai lệch ngẫu nhiên khác với những điều kiện

bình thường, đặc trưng bởi hệ số độ tin cậy về tải trọngγQ

Tiêu chuẩn tải trọng quy định các trị sốγQtùy theo loại tải trọng

Trang 12

3.3 Tổ hợp tải trọng

* Tổ hợp cơ bản: gồm các tải trọng thường xuyên + tải trọng dài hạn

+ n c×tải trọng ngắn hạn

* Tổ hợp đặc biệt: gồm các tải trọng thường xuyên

+ các tải trọng tạm thời dài hạn

+ n c×(tải trọng ngắn hạn + một trong các tải trọng đặc biệt)

Với n c - hệ số tổ hợp

n c = 1 khi có một tải trọng ngắn hạn;

n c = 0,9 khi có nhiều hơn hai tải trọng ngắn hạn.

Với tổ hợp cơ bản:

Với tổ hợp đặc biệt: n c = 0,8 đối với mọi tải trọng ngắn hạn

§5 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN

1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

2 Sự làm việc của thép khi chịu uốn

3 Cấu kiện nén đúng tâm

4 Cấu kiện chịu kéo lệch tâm và nén lệch tâm

1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

Cấu kiện chịu kéo được kiểm tra bền theo công thức:

c n

f A

Trong trường hợp cho phép có biến dạng dẻo lớn, hoặc

đối với thép cường độ cao không có vùng chảy thì có thể

tính theo giới hạn bền, nhưng có thêm hệ số an toànγu,

lấy bằng 1,3:

u c t n

f A

N

γ γ

≤

Trang 13

2.1 Tính cấu kiện chịu uốn trong giới hạn đàn hồi

P

l P/2 P/2

Pl/4

b

x

A

A 1

(a)

σmax

σ min

τ1

τ max (b)

σ c σ c

Biểu đồ ứng suất pháp (a), ứng suất pháp lớn nhất ở biên thiết diện:

c n

f W

2.1 Tính cấu kiện chịu uốn trong giới hạn đàn hồi

P

l P/2 P/2

Pl/4

b

x

A

A 1

(a)

σmax

σ min

τ1

τ max (b)

σ c σ c

Biểu đồ ứng suất tiếp (b), ứng suất tiếp lớn nhất ở trục trung hòa:

c v

f t I S

≤

=

Trang 14

2.2 Tính cấu kiện chịu uốn có biến dạng dẻo

P

Ta có thể xác định mômen lớn nhất khi hình thành khớp dẻo:

d c c c

Với: W d = kW, k > 1,

+ Với tiết diện chữ nhật : k = 1,5 + Với tiết diện chữ I : k = 1,12

Công thức tính cấu kiện chịu uốn trong giai đoạn đàn hồi dẻo:

c d

f W

Chú ý:

- Tính dầm chịu uốn làm việc trong giai đoạn đàn hồi

dẻo chỉ áp dụng cho các trường hợp tải trọng là tĩnh

còn tải trọng động thì không nên áp dụng

- Khi trên tiết diện có ứng suất và ứng suất pháp tác dụng đồng thời

tác dụng thì tiết diện đạt tới khớp dẻo nhanh hơn Sử dụng ứng suất

tương đương để tính toán

c

σ = 2+3 2≤

σc

σtđ

τ 3

Qui phạm cho phép dùng phương pháp tính gần đúng để tính cấu kiện

chịu M, Q có xét đến biến dạng dẻo

γ τ σ

σ = 2+ 2≤

Trang 15

2.2 Tính cấu kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai

Cấu kiện chịu uốn phải được kiểm tra về biến dạng như sau:

∆ ≤ [∆]

Biến dạng đàn hồi ∆ gây ra bởi tải trọng tiêu chuẩn không được vượt quá độ võng giới hạn cho phép [∆]

l

P a b

amin= min( a,b)

Cường độ tính toán khi chịu kéo nén

của vật liệu thép là như nhau

3.1 Tính theo điều kiện bền

Chỉ áp dụng cho các thanh ngắn: l ≤ (5÷6) a min

Công thức kiểm tra:

c n

f A

3.2 Tính theo điều kiện ổn định

Công thức kiểm tra ổn định có dạng

c

f A

ϕ – Hệ số uốn dọc, phụ thuộc độ mảnh của thanh

và cường độ tính toán của thép

l

y

N N

Đối với thanh liên kết khớp hai đầu chịu nén đúng tâm

Trang 16

4.1 Tính cấu kiện kéo lệch tâm và cấu kiện ngắn nén lệch tâm

Kiểm tra độ bền trong giai đoạn làm việc đàn hồi theo công thức:

c n

f W

M A

Công thức tính toán có xét đến biến dạng dẻo theo tiêu chuẩn là:

1

2 / 3

≤ +

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛

f W c

M f

A N

c n c

Với hệ số c tùy thuộc dạng tiết diện, cho trong tiêu chuẩn thiết kế

kết cấu thép

4.2 Tính về ổn định của thanh nén lệch tâm (nén – uốn)

f e

l

f

σ

f th

Cấu kiện nén lệch tâm

a/ sơ đồ làm việc; b/ đường cong N-f

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	738,25 KB