luận văn NGHIÊN cứu về kết cấu KHUNG THÉP NHẸ có KHOÉT lỗ RỖNG

Nhưng những công trình kết cấu khung thép nhẹ sử dụng thép tổ hợp tiết diện chữ I khung thép tổ hợp nhà công nghiệp, nhà xưởng,… có khoét lỗ rỗng ở bản bụng chưa được sử dụng nhiều, và

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục đích nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

PHẦN 2 : NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG.

1.1 KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG

1.1.1 Sự cần thiết lỗ rỗng trong kết cấu thép

1.1.2 Đặc điểm của lỗ rỗng trong kết cấu thép

1.2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG

1.2.1 Vật liệu sử dụng trong kết cấu khung thép nhẹ

1.2.2 Các kiểu tiết diện khoét lỗ rỗng

1.2.3 Ưu, khuyết điểm của kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng 1.2.4 Công nghệ chế tạo, lắp dựng

1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.3.1 Trên thế giới

1.3.2 Tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế khung thép nhẹ ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 : SỰ LÀM VIỆC KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG.

2.1 CỘT THÉP TIẾT DIỆN RỖNG BẢN BỤNG

2.1.1 Sự mất ổn định của cấu kiện chịu nén

2.1.2 Chiều dài tính toán của cột thép tiết diện rỗng bản bụng

2.1.3 Độ mảnh tương đương của cột thép tiết diện rỗng bản bụng 2.1.4 Ổn định cục bộ của cột thép tiết diện rỗng bản bụng

2.2 DẦM THÉP TIẾT DIỆN RỖNG BẢN BỤNG

2.2.1 Tính toán dầm khoét lỗ ở bản bụng

2.2.2 Ổn định của dầm khoét lỗ ở bản bụng

2.2.3 Kiểm tra dầm khoét lỗ theo điều kiện biến dạng ( độ võng ) 2.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ HỢP 2.4 QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ HỢP

2.5 GIẢ THUYẾT CƠ BẢN VÀ BỔ SUNG KHI TÍNH TOÁN KHUNG THÉP NHẸ RỖNG TỔ HỢP

2.5.1 Giả thuyết cơ bản

2.5.2 Giả thuyết bổ sung với khung thép nhẹ có lỗ rỗng hình lục giác

CHƯƠNG 3 : KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG HÌNH LỤC GIÁC.

3.1 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN

3.2 PHÂN TÍCH THAM SỐ

3.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG.

CHƯƠNG 4 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài.

Với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế Việt Nam, các ngành công nghiệp và dịch vụ trong nước đang từng bước phát triển mạnh mẽ, để phù hợp với nhu cầu phát triển ngày càng cao, công nghệ xây dựng của Việt Nam cũng

có những bước tiến mới trong quá trình hội nhập Ngày nay có nhiều giải pháp xây dựng hiện đại thay thế dần các phương pháp xây dựng truyền thống

để xây dựng những công trình hiện đại, quy mô lớn, thời gian thi công nhanh Đặc biệt do nhu cầu sử dụng không gian lớn, khẩu độ lớn ( nhà chứa máy bay, nhà thi đấu thể dục thể thao, nhà biểu diễn ca nhạc, nhà triển lãm, khung nhà cao tầng vượt nhịp lớn mà kết cấu bê tông cốt thép không khả thi…) ngày càng nhiều, việc sử dụng kế cấu thép là hợp lý nhất Tại Việt Nam công tác thiết kế, gia công, chế tạo và lắp dựng các kết cấu thép trong hoạt động xây dựng còn gặp rất nhiều thách thức trong việc quản lý chất lượng và tiết kiệm chi phí Qua một số công trình kết cấu thép nhịp lớn trong những năm gần đây chúng ta có đúc kết được những kinh nghiệm để làm cơ sở áp dụng cho việc thiết kế và xây dựng những công trình kết cấu thép đặc biệt Nhưng những công trình kết cấu khung thép nhẹ sử dụng thép tổ hợp tiết diện chữ I ( khung thép tổ hợp nhà công nghiệp, nhà xưởng,…) có khoét lỗ rỗng ở bản bụng chưa được sử dụng nhiều, và còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu Một nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng của biến dạng cắt tới độ ổn định của kết cấu khung tiết diện chữ I có khoét lỗ rỗng ở bản bụng là chưa có

Nghiên cứu đánh giá xu thế và tính tất yếu của việc phát triển nhà thép hiện đại trên thế giới, cũng như sự phát triển của nền công nghiệp ở Việt Nam Xuất phát từ thực tế có thể yêu cầu một số khung thép phải khoét lỗ

rỗng ở bản bụng để có lối đi, lắp đặt đường ống, đường dây dẫn điện hay tạo dáng kiến trúc phức tạp, hiện đại Ngoài ra, các cấu kiện khoét lỗ rỗng này (tăng kích thước tiết diện sau khi lắp ghép) còn có thể giải quyết lợi ích kinh

tế trong khi thép trên thị trường ngày càng tăng hiện nay Kết hợp với các cấu kiện cơ bản thép chữ I ( cột, dầm,…) trong các công trình kết cấu thép và lợi ích của kết cấu khung thép nhẹ tiết diện chữ I có khoét lỗ rỗng có thể áp dụng

để sử dụng được rộng rãi trong kết cấu khung thép tổ hợp trong các nhà công nghiệp, nhà xưởng, kết cấu nhịp lớn và các công trình có kiến trúc đặc biệt

Từ đó đặt ra mục tiêu nghiên cứu cho đề tài “Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng ở bản bụng”

2 Mục đích nghiên cứu.

Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung thép nhẹ (xét khung phẳng)

có khoét lỗ rỗng ở bản bụng

Nghiên cứu sự làm việc của hệ kết cấu mới có trọng lượng giảm nhẹ, tăng khả năng vượt khẩu độ lớn (do trọng lượng bản thân nhẹ), tạo kiểu dáng kiến trúc phức tạp, hiện đại, là giải pháp kỹ thuật mới trong lĩnh vực vật liệu

và công nghệ

Tối ưu hóa được tiết diện, tổng kết rút ra được các đặc điểm chính, khả năng chịu lực và vận dụng kết cấu khung thép nhẹ có tiết diện thép tổ hợp chữ

I trong kết cấu nhà công nghiệp cũng như công trình dân dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng ở bản bụng

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung thép nhẹ (khung phẳng) có khoét lỗ rỗng ở bản bụng trong giai đoạn đàn hồi

4 Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài.

Với đề tài : “Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung thép nhẹ có khoét lỗ rỗng ở bản bụng” tác giả muốn đưa ra một số thông tin hữu ích để

giải quyết vấn đề lớn, mới và khá phức tạp này

PHẦN 2 : NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KHUNG THÉP NHẸ

CÓ KHOÉT LỖ RỖNG Ở BẢN BỤNG.

1.1 KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG

1.1.1 Sự cần thiết lỗ rỗng trong kết cấu thép.

Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn do vật liệu thép có cường độ cao,

độ tin cậy cao do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và dẻo của vật liệu gần sát với các giả thuyết tính toán, trọng lượng nhẹ, tính công nghiệp hóa cao, tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp Ngoài ra, trong kết cấu thép có những vị trí có thể có yêu cầu một vài cấu kiện phải khoét lỗ ở bản bụng để lắp đặt đường ống kỹ thuật, đường dây dẫn điện, đường ống cấp thoát nước… Hơn nữa những lỗ hở này làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu Những lỗ rỗng này có thể ở một số vị trí ở các cấu kiện khác nhau, khoảng cách giữa các lỗ rỗng có thể cách đều nhau, có nhiều kiểu lỗ rỗng khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng hay lắp ráp

1.1.2 Đặc điểm của lỗ rỗng trong kết cấu thép.

Kích thước của lỗ rỗng trong kết cấu thép có vai trò quan trọng và phụ thuộc vào kích thước mặt cắt ngang của chính cấu kiện kết cấu đó Sự xuất hiện của lỗ rỗng gây ra sự phân bố lại ứng suất trong kết cấu Khi đó, tính đàn

hồi và tải trọng tới hạn của các cấu kiện kết cấu biến đổi khi khoét lỗ rỗng ở bản bụng

Khi trên bản bụng của cấu kiện có khoét lỗ sẽ làm thay đổi sự phân bố ứng suất trên các tiết diện chịu uốn Vùng gần lỗ, sự phân bố ứng suất khá phức tạp và xuất hiện sự tập trung ứng suất Ngoài tác dụng của mômen uốn tổng thể, tiết diện tại vùng này còn chịu mômen phụ do lực cắt gây ra

1.2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẤU KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG

1.2.1 Vật liệu.

Thép được sử dụng là loại thép cường độ cao, tương đương thép CT3 ( Nga), CT38, CT42 có giới hạn chảy 2200 đến 2600 daN/cm2

 Thép cường độ cao, hợp kim thấp Columbi-Vanadi

 Chất lượng kết cấu thép theo tiêu chuẩn : ASTM A572/A572M, A529 hoặc A992 Gr.50

Hiện nay trên thị trường thông dụng nhất là thép A572, sản phẩm thép

hình, thép tấm theo 5 cấp 42, 50, 55, 60, 65 (theo bảng 1.1), “nguồn :www.dainamsteel.com”

1.2.2 Các kiểu tiết diện khoét lỗ rỗng.

Các giải pháp khoét lỗ là cắt bản bụng của cột và dầm thép tổ hợp chữ I theo đường zíc zắc, sau đó chồng hai nữa lên nhau rồi hàn nối bằng đường hàn đối đầu sẽ tạo nên cấu kiện có tiết diện lớn hơn tiết diện ban đầu Các giải pháp khác nhau của việc cắt và ghép bản bụng ( dạng của đường zíc zắc) tạo thành các dạng khác nhau của lỗ khoét Kích thước của lỗ rỗng trong kết cấu thép nhiều dạng : hình tròn, tứ giác, lục giác… Đơn giản và phổ biến là các lỗ rỗng phân bố đều, tiết diện và dạng lỗ đối xứng nhưng để đơn giản cho chế

tạo, cũng có thể dùng thép hình chữ T cho cánh dưới (hình ), cũng có thể dùng bản nối bản bụng để tạo thành cột, dầm khoét lỗ có chiều cao lớn hơn (hình ), hoặc đường cắt có dạng đường cong, bỏ bớt đi một phần bản bụng để sau khi lắp ghép dạng lỗ cong trơn tru hơn

Với chiều cao mới, tiết diện của cấu kiện khoét lỗ có các đặc trưng

kháng uốn: mômen quán tính I , mômen kháng uốn W, bán kích quán tính i…

lớn hơn nhiều so với tiết diện đặc ban đầu Vì vậy với cùng một chi phí vật liệu, khi sử dụng khoét lỗ có thể làm tăng khả năng chịu lực, giảm chuyển vị (dầm), với cột khoét lỗ làm độ mảnh của cột thay đổi

1.2.3 Ưu, khuyết điểm của kết cấu khung khoét lỗ rỗng.

Ưu điểm:

 Kết cấu nhẹ, khả năng vượt nhịp lớn

 Giảm trọng lượng thép, tăng kích thước tiết diện khi cấu kiện có cùng trọng lượng

 Hình dạng kiến trúc của cột, dầm đa dạng, có thể tạo ra nhiều kiểu tiết diện phức tạp phù hợp với mục đích sử dụng

 Thuận lợi cho công tác lắp đặt hệ thống cấp thoát nước, điện , tính công nghiệp hóa cao

 Đặc trưng chịu lực của tiết diện có lợi nhất, do khoét lỗ tại những vị trí

có lực cắt, mômen nhỏ nhất, sự phân bố vật liệu hợp lý nhất

Nhược điểm:

 Giá thành chế tạo cao hơn so với kết cấu thép thông thường

 Mặt tiếp xúc không khí lớn, dễ bị ăn mòn, chi phí phòng gỉ cao

1.2.4 Công nghệ chế tạo và lắp dựng.

1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHẸ CÓ KHOÉT LỖ RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.3.1 Trên thế giới

Kết cấu khung thép tổ hợp chữ I có khoét lỗ rỗng ở bản bụng là một bước phát triển trong ngành kết cấu thép Chúng được sử dụng hơn 3500 dự

án trên các quốc gia : Anh, Mỹ, Australia, các tiểu Vương quốc Ả rập…

Một số công trình tiêu biểu trên thế giới:

Hình

1.10.

Công

trình:

Liverpool Porsche Hình 1.11 Công trình: Holmes Place Fitness Club, Merton

Hình1.12 Macfarlane gruoplane Group, Trafford Park, Manchester

Hình 1.13.Công trình: Liverpool FC

Hình 1.14 Công trình: IFB Zeebrugge

Hình 1.15 Công trình: Stadium Huddersfield Town

Hình 1.16 Công trình: Churchill court, Manchester

Hình 1.17 Công trình: Spice Factory, Buckingham

Hình 1.18 Công trình: Lakeside Leisure Centre, Carnforth

1.3.2 Tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế khung thép nhẹ ở Việt Nam

Kết cấu thép có khoét lỗ rỗng ở bản bụng chỉ mới áp dụng cho kết cấu dầm liên hợp một số công trình nhưng quy mô ứng dụng chưa lớn Với kết cấu khung nhà công nghiệp thì hầu như chưa sử dụng

Hiện nay có nhiều tài liệu nói về tính toán độ bền và ổn định kết cấu khung thép rỗng nhưng chỉ với kết cấu dụng bản nối, thanh nối, chưa có tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu khung thép có khoét lỗ rỗng ở bản bụng