Nghiên cứu thiết kế tối ưu dầm liên hợp thép bê tông cốt thép theo tiêu chí giá thành

Khi sử dụng các giải pháp kết cầu bê tông cốt thép truyền thống, do giới hạn của công nghệ sản xuất bê tông trong nước mà cấu kiện của công trình đòi hỏi kích thước lớn dẫn đến trọng lư

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG TRONG DIEM

NGHIÊN CỨU THIET KE TOI UU DAM LIÊN HỢP

THÉP-BÊ TÔNG CÓT THÉP THEO TIÊU CHÍ GIÁ THÀNH

Mã số: 108-2012/KHXD-TĐ

Hà Nội, ./201

BO GIAO DUC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG TRONG DIEM

NGHIEN CUU THIET KE TOL UU DAM LIEN HOP

THEP-BE TONG COT THEP THEO TIEU CHi GIA THANH

BQ GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC XAY DUNG

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG TRONG DIEM

NGHIEN CUU THIET KE TOL UU DAM LIEN HOP

THEP-BE TONG COT THEP THEO TIÊU CHÍ GIÁ THÀNH

Mã số: 108-2012/KHXD-TĐ

(ky, ho tén, dong dau) (ky, ho tén)

Nit Alita’,

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG TRONG DIEM

NGHIEN CUU THIET KE TOL UU DAM LIEN HOP THEP-BE TONG COT THEP THEO TIEU CHi GIA THANH

(Mã số: 108-2012/KHXD-TĐ)

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài:

Tham gia: Ths Hàn Ngọc Đức

Ths Nguyễn Quốc Cường

Ks Nguyễn Như Hoàng

Danh sách đơn vị phối hợp chính:

Công ty Tư vấn Đại học Xây dựng

55 Đường Giải Phóng, Quận Hai Bà Trưng

Hà Nội.

13 Sự hình thành kết cầu liên hợp s:scccstrreterrerieie 18

II.1.3 — Tổ hợp tải trọng -ecccririeehhrherdrrrdrrrrrdrrtrrdrtrdtrrrrrdtrtrriir 23 Chương ÍÍ .eeecccccccccccsererrrrrerrrerrrtrttrttrretrtrirtrrtrrtetritrirrrrrrritirdtrrterrtrrtrrrrrrrrre 24

Lil Chiều rộng tham gia làm việc của {Ấm Sàn -c-ccccccsrererrrrerrrrrtrrtrrrirrrrrrrdte 27

1.1.2 Phân loại tiết diện ngang

I.1.3 Các giả thiết khi tính dầm liên hợp theo TTGHIL -e-eeeeereeeeeerereeree 29

1.2 Kiểm tra tiết diện chịu UIỐN vu 252cc crrrererrrrrrrdre -

1.2.1 Trường hợp dầm tổ hợp tiết diện chữ 1 đối xứng -: -++ttttttnrrrerrrerrrrre 30

2:2 Trường hợp dầm tổ hợp tiết diện chữ 1 không đối xứng: . -ecceeeerreerree 32

1.3 Kiếm tra tiết điện chịu ˆ¬"ẽ `

II.I Kiểm tra độ võng csscceererrrrererrrrrrrriirrlrtndrifttt

H.2 Tính toán độ võng của đầm đơn giản c-ceeeeeerrrrtridtrrtrredtrrrrrrdre 35

Hh Liên kết trong kết cấu liên hợp

HI.2 Sức bền tính toán của liên kết truyền tHỐN s6 2y2seeeieesereieriod0260728) 36

IIL2.I Chết hàn có mũ trong tắm sàn đặc

IIL2.2 — Chốt hàn có mũ trong tấm sản liên hợp -eeeeeerrrrrrerrrrrrtrrtrrrrrre 37

WS Thiết kế liên kết của dầm đơn gian

Chương IV

| Tổng quan về tối ưu kết cầu TU eeaesrerrrrrrrrrrrrerrrree3

II Thuật toán tiễn hóa

I1 Thuật toán tiến hóa vi phân (Differential Evolution - DẾ)- eieiirrde 44

IV Chương trình tối ưu dựa trên thuật toán DĨ eeceeeeeerrrrrtrsertrrdrtrrenrdrrirr 45

t2 Hãti ffBế tÌPHsaeeeeeeeeseeeeein0040022.1100/10e nnnremltserennletrf801071710000 7

13 Diéu kién rang bude

Danh muc hinh vé

Hình I-1 Kết cấu thép nhồi bê tông

Hình I-2 Kết cấu thép bọc bê tông

Hình I-3 Kết cấu thép và bê tông được liên kết với nhau - cczz2222E22z2222222222zrzi 16

Hình I-4 Một số hình dạng tiết diện cột liên hợp

Hình I-5 Một số hình dạng tiết diện dầm liên hợp as

Hinh 1-6 Major Bank - Texas sssesesssssssessesssesseesessscssecsecsussucssscsussassssesseesussatesussaessesaessessueeass

Hinh I-7 One Atlantic Center - Atlanta

Hinh I-8 Toa thap Thién nién ky - Vienna

Hinh I-12 Vietinbank Tower - Ha Ndi (Dang xay dung)

Hình III-1 Dầm liên hợp thép - bê tông

Hình III-2 Chiều rộng tham gia làm việc của tắm sàn với HỘP IẨM cung y2g880888 6e 28

Hình HI-3 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản sàn bê tông

Hình III-4 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua cánh trên của dầm thép sỹ

Hình III-5 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản bụng của dầm thép

Hình III-6 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản sàn bê tông

Hình III-7 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua cánh trên của dầm thép

Hình III-§ Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản bụng của dầm thép

Hình III-9 Liên kết chịu cắt . cccc-++++992EE1111111111112212122221111112 0E .21212EEEEEee

Hình III-10 Chiều dài giới hạn của dầm đơn giản

Hình IV-I Mô hình xác định khả năng chịu lực của dầm gỗ công-xôn

Hình IV-2 Thuật toán tối ưu kết cấu

Hình IV-3 Phân loại tối ưu theo kiểu biến số thiết kế

Hình IV-4 Phân loại tính toán tiến hóa

Hình IV-5 Sơ đồ khối của của thuật toán tiến hóa

Hình IV-6 Véc-tơ vi phân và cá thể mới Ú -: -+icc22222222222222222222122222151122212 55E 44

Hình IV-7 Sự chọn lọc cá thể của thuật toán DE

Hình IV-8 Thuật toán DE được trình bày dưới dạng ngôn ngữ máy tính

Hình IV-9 Sơ đồ khối của chương trình tối ưu dầm LHT-BT

Hình V-1 Sơ đồ hình học của hệ dầm liên hợp - 22222222+zt222222252555222222222222e

Hình V-2 Giá trị trung gian của các cá thể

Hình V-3 Khả năng chịu nén của sàn bê tông và dầm thép

Hình V-4 So sánh trọng lượng dầm thép có tiết diện đối xứng và không đôi xứng

Hình 0-1 Giao diện chính của chương trình

Hình 0-2 Menu của chương trÌnhh - - - + + St +k£k#vExeEeEexexeEsrkrkrkekrkekekrrsrkrkrkrsersrre

Hình 0-3 Đặc trưng hình học của dầm thép tổ hợp hàn

Hình 0-4 Đặc trưng vật liệu

Hình 0-5 Đặc trưng của sàn liên hợp

Hình 0-6 Đặc trưng của chốt chịu cắt

Hình 0-7 Tải trọng

Hình 0-8 Chí phí vật liệu, nhân công và ca Imáy - - + «+ + +++++xs+kekerxrkerexkrksrkekerke 65

Hình 0-9 Danh mục thép tắm

Danh muc bang

-Bang V-2 Dữ liệu thiết kế

Bảng II-I Các loại cường độ của bê tông theo Eurocode 4 - s- «+ sx+xsx+xzexseexee 24 Bảng II-2 Hệ số đặc tính riêng của bê tông . 2- +22 ©©+£++++txe+txetzxerrxeerrerrrree 25

Bảng III-1 Bản cánh và bản bụng dầm thép không được giữ ồn định bởi tắm sàn 29

Bảng III-2 Giá trị giới hạn của độ võng thẳng đứng cho dầm và sàn

Bảng III-3 Tỷ số nhịp (E) và chiều cao toàn bộ tiết diện (/)

Bảng V-I Biến số mô tả tiết diện dầm thép I đối xứng .- 2 2-©22©s+©cse©zx+csse2

Bảng V-3 Kích thước tiết diện dầm tham khảo

Bảng V-4 Kích thước dầm sau khi tối ưu .¿- 2 2£ ++E+E£E++£+++££E+eErxzzreerxerrxerre Bảng V-5 Biến số mô tả tiết diện dầm thép I không đối xứng

Bảng V-I I Các chỉ phí về vật liệu, nhân công và thiết bị H

Bảng V-12 Giá thành của dầm LHT-BT có kể đến mác thép và dạng tiết diện 57

Ultimate Limit State

Service Limit State Trang thai gidi han Trục trung hòa déo (Plastic Neutral Axis) Thuật toán tiến héa (Evolutionary Algorithms) Tính toán tiến héa (Evolutionary Computation)

Thuật giả di truyén (Genetic Algorithm)

Lập trình tiến hoa (Evolutionary Programming) Chiến lược tién hoa (Evolutionary Strategies) Lập trình di truyền (Genetic Programming)

Tiến hóa vi phân (Differential Evolution)

10

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC XAY DUNG

THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU

1 Thông tin chung:

- Tên dé tài: Nghiên cứu thiết kế tối ưu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chí giá thành

- Mã số: 108-2012/KHXD-TĐ

- Chủ nhiệm: Ts Vũ Anh Tuấn

- Thời gian thực hiện: 01/2012 đến 12/2012

xứng hoặc không đối xứng với mục đích giảm trọng lượng và giá thành

4 Kết quả nghiên cứu:

- Thiết lập các công thức tính toán dầm LHT-BT có sử dụng dầm thép tổ hợp I

có tiết diện đối xứng hoặc không đối xứng

- Đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu dầm LHT-BT theo tiêu chí tối thiểu hóa

trọng lượng và giá thành

5 Sản phẩm:

- Báo cáo tổng kết

- Bài báo đăng trên tạp chí KHCN Xây dựng - Trường Đại học xây dựng

- Hướng dẫn sinh viên NCKH (đạt giải 3)

- Phần mềm thiết kế tối ưu kết cấu dam LHT-BT

6 Hiệu quả, phương thức chuyến giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Các giải pháp tối ưu đều đạt được trọng lượng thấp hơn 35% khi chiều cao dầm

không bị giới hạn và khoảng 10%+25% khi có giới hạn

- Phần mềm tối ưu kết cấu dầm LHT-BT dựa trên tiêu chuẩn EC4 cung cấp phương pháp thiết kế tối ưu không phức tạp về mặt toán học, thời gian tính toán

nhanh so với phương pháp truyền thống, dễ áp dụng trong công việc thực tế

Ngày tháng năm 201

Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên)

Đ -

Nr ALR,

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

3 Creativeness and innovativeness:

Although the trend in using steel-reinforced concrete composite structures in construction is becoming popular nowaday, there has been a lack of design guidelines Moreover, the cost of this kind of structure is higher than the

traditional reinforced concrete This project studied and developed an optimal

design of steel-reinforced concrete composite beam using symmetric or asymetric built-up I-section in order to reduce its weight or cost

4 Research results:

- Develop mathematical formulas of steel-reinforced concrete composite beam using symmetric or asymetric built-up I-section

- Propose a method of optimal design of steel-reinforced concrete composite

beam with criteria of weight or cost minimization

5 Products:

- Summary report

- The paper will publish on journal of science and technology in civil engineering

(NUCE)

- Guide a group of student to make a research on composite beam (3" Prize)

- An optimal design software

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

- The optimal results showed that the weight of steel beam is smaller 35% and about 10%+25% when the height of steel beam is unrestricted and is restricted

respectively

- THe optimal software of steel-reinforced concrete composite beam in conformity with Eurocode 4 provides an optimal design method which is not

complicated in computation Time for computation is faster than traditional

method and it is easy to be applied in practical design |

12

I Dat van dé

Nhu câu xây dựng công trình nha cao tang và siêu cao tang dang bùng nô mạnh

mẽ ở Việt Nam, đặc biệt tại các thành phó lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Khi

sử dụng các giải pháp kết cầu bê tông cốt thép truyền thống, do giới hạn của công nghệ sản xuất bê tông trong nước mà cấu kiện của công trình đòi hỏi kích thước lớn dẫn đến trọng lượng bản thân của kết cấu lớn và không những làm cho chỉ phí của kết cầu móng tăng mà còn giảm không gian sử dụng và giảm tính thẩm mỹ Với giải pháp kết cấu thép cho kích thước cầu kiện hợp ly, chỉ phí móng giảm nhưng chí phí tổng thé cho công trình thường cao hơn Phụ thuộc dạng kết cấu và chiều cao của công trình mà chỉ phí cho kết cấu thép thường lớn hơn chỉ phí cho kết cấu bê tông truyền thống khoảng 30+60%

Để khắc phục nhược điểm của hai dạng kết cấu đề cập ở trên, kết cấu liên hợp

Thép - Bê tông cốt thép (LHT-BT) đã và đang được sử dụng phổ biến ở nhiều nước

trên thế giới cho các công trình nhà nhiều tầng Loại kết cấu này đã tận dụng được các

ưu điểm riêng về đặc trưng cơ lý của cả hai loại vật liệu thép và bê tông Vật liệu thép

có cường độ chịu kéo và nén cao, khả năng cho phép biến dạng dẻo lớn, độ tin cậy, độ

an toàn chịu lực cao nhưng khả năng chịu lửa kém và giá thành lại cao Trong khi đó vật liệu bê tông mặc dù chỉ có cường độ chịu nén tương đối nhưng lại có tính chịu lửa tốt, giá thành rẻ và được sử dụng phô biến Ở Việt Nam, cho đến nay kết cầu này vẫn chưa được sử dụng nhiều vì các lý do như khả năng chế tạo, cung cấp cấu kiện, nhà thầu thi công, biện pháp chống cháy Tuy nhiên với tốc độ phát triển xây dựng như hiện nay, với các ưu điểm như giảm được trọng lượng bản thân kết cấu, thời gian thi công nhanh, trong tương lai gần loại kết cấu LHT-BT chắc chắn sẽ được áp dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng

Kết cấu dầm, sàn LHT-BT thường được cấu tạo bởi tắm tôn định hình, sàn bê tông cốt thép liên kết với dầm thép có tiết diện chữ I cán nóng hoặc tổ hợp hàn qua các chốt hoặc các liên kết chịu cắt và cùng làm việc đồng thời trong giai đoạn sử dụng Dam thép hình T cán nóng hoặc tổ hợp hàn thường đối xứng, có tiết diện cánh trên và cánh dưới bằng nhau Tiết điện đối xứng làm việc khá hiệu quả với kết cấu không liên hợp, tuy nhiên với kết cấu liên hợp khi bản sàn bê tông và cánh trên nằm ở vùng chịu nén, tiết diện đối xứng làm việc sẽ kém hiệu quả Dầm thép có tiết diện không đối

13

xứng có khả năng chịu mômen lớn hơn khoảng 10% so với dầm có tiết diện đối xứng

có cùng khối lượng [1]

Khi thiết kế dầm, sàn LHT-BT thường sử dụng phương pháp truyền thống

“thử-sai” hay phương pháp đúng dần với các thông số như đặc trưng vật liệu, tải trọng tác dụng, chiều dày sàn, số hiệu dầm hình hoặc kích thước hình học của dầm thép tổ hợp, số lượng chốt liên kết chịu cắt Các thông số này thường được chọn theo kinh nghiệm của kỹ sư thiết kế và nó ảnh hưởng rất nhiều đến chỉ phí giá thành của cấu kiện

Rất nhiều bài toán tối ưu kết cấu thép đã được giải với hàm mục tiêu là tìm

trọng lượng kết cấu nhỏ nhất Trọng lượng kết cấu đóng vai trò quan trọng của giá thành, tuy nhiên hàm mục tiêu của tối thiểu hóa giá thành là đi tìm giá thành nhỏ nhất với tài nguyên và nguồn lực sẵn có Trong thực tế tối ưu trọng lượng chưa chắc đã đạt

được giá thành nhỏ nhất do bên cạnh chỉ phí vật liệu, còn rất nhiều chi phí khác có ảnh

hưởng đến tổng giá thành của kết cấu Bài toán tối ưu lý tưởng là bài toán có kể đến

chỉ phí vòng đời của kết cầu bao gồm chí phí vật liệu, sản xuất, lắp dựng, bảo dưỡng

cũng như chỉ phí tháo dỡ khi kết cấu không sử dụng nữa

Xu hướng thiết kế hiện đại sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu để xác định các

thông số của dầm LHT-BT với giá thành thấp nhất được áp dung thay thế cho phương

pháp thiết kế truyền thống để góp phần giảm chỉ phí chung cho công trình Đề tài khoa học và công nghệ mã số 108-2012/KHXD-TĐ, “Nghiên cứu thiết kế tối ưu dầm

liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chí giá thành”, đưa ra phương pháp tính toán, thiết kế hiện đại phù hợp với xu hướng trên Do thời gian, nhóm tác giả tập trung đi

sâu vào phương pháp thiết kế tối ưu hệ dầm đơn giản sử dụng dầm thép chữ T tổ hợp hàn đối xứng hoặc không đối xứng theo tiêu chuẩn EuroCode 4

Trong công trình dân dụng, chi phi của kết cấu dầm sàn chiếm khối lượng lớn hơn nhiều so với chỉ phí cấu kiện cột, do vậy trong dé tai nay dé cập giải quyết kết cầu dầm LHT-BT đơn giản chịu tải trọng phân bố đều sử dụng các chốt chịu cắt Ảnh hưởng của tắm tôn định hình và cấp độ bền của bê tông được coi là hằng số khi thiết

kế tối ưu dầm LHT-BT

14

khác như bê tông gồ Độ tin cậy cao

Gan voi gia thiệt tính toán

Trọng lượng “nhẹ”

Tính công nghiệp hóa cao, cơ động trong

vận chuyên và lắp ráp

Trong môi trường không khí am, xâm

thực thép bị ăn mòn (gỉ) từ bê mặt đên

phá hoại hoàn toàn

Chịu lửa kém Ở nhiệt độ 500°C+600fC,

thép chuyển sang dẻo, giảm độ cứng và mât khả năng chịu lực

Giá thành cao so với các loại vật liệu xây

Khả năng chịu lực (nén) lớn SO VỚI các

loại vật liệu khác như gạch, đá, gô

Bên, chi phi bảo dưỡng ít

Chịu lửa tốt hơn so với thép và gỗ

Trọng lượng bản thân lớn khó làm được những kết câu vượt được nhịp lón

Công tác thi công đồ tại chỗ tương đối phức tạp Kiêm tra chât lượng khó khăn

giảm kích thước không gian sử dụng và

hiệu quả kiến trúc tăng

Có độ cứng lớn hơn so với kết cầu thép;

độ mảnh giảm, tăng khả năng ổn định

tổng thể cũng như ổn định cục bộ

Khả năng chịu lửa tốt

Khả năng chống ăn mòn của thép được

tăng cường

Chịu tải trọng động đất tốt hơn so với kết

Rút ngắn thời gian thi công

Các ưu điểm kể trên chỉ phát huy với

công trình nhà (siêu) cao tầng, chưa phù hợp với công trình có quy mô nhỏ

Trong điều kiện Việt Nam, đây là loại hình kết cấu mới nên sẽ gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn ứng dụng ban đầu

Độ võng dài hạn tăng theo thời gian

Có thể phải cần các thanh chống phụ trong quá trình thi công

Tang chi phi va thoi gian thi cong do han

các chốt chịu cắt tại hiện trường

Hinh dang tiét dién lién hop

(i) Khac voi kết cầu Bê tông cốt thép thông thường, có cốt thép chịu lực là các thanh thép tròn, kết cấu liên hợp Thép - Bê tông là kết cấu mà thép chịu lực có dạng tắm, thép hình, thép ống hoặc thép tô hợp

(a) Thép chịu lực có thể nằm ngoài bê tông (kết cấu thép nhỏi bê tông)

Hình I-2 Kết cầu thép bọc bê tông

“ Thường áp dụng cho kết cấu cột Ban đầu được thiết kế với mục đích lớp bảo

vệ chịu lửa cho cột thép, khi tính toán bỏ qua sự làm việc của bê tông

"_ Sau đó người ta nhận thấy lớp bê tông có tác dụng giảm được độ mảnh của cột thép và tăng được lực tới hạn

"_ Cột liên hợp có thể được thi công không cần ván khuôn bằng cách nhồi bê tông vào bên trong tiết diện cột thép

(c) Thép chịu lực được liên kết với bê tông để cùng làm việc

Hình 1-3 Kết cầu thép và bê tông được liên kết với nhau

" Thường áp dụng cho kết cấu dầm, sàn liên hợp

“_ Người ta sử dụng các tắm tôn thép định hình làm ván khuôn để tiết kiệm thời

gian thi công Lúc này sàn chỉ làm việc theo một phương và được gọi là sàn liên hợp (áp dụng trong các công trình nhà) Khi sử dụng thép tắm, bản làm việc theo hai phương và được gọi là tắm liên hợp (thường áp dụng trong các

công trình cầu).

“ Đôi khi các tắm phibrô xi măng hoặc nhựa định hình có thể được sử dụng tuy

nhiên khi tính toán trạng thái liên hợp của sàn người ta bỏ qua sự làm việc của

Hình I-5 Mét số hình dạng tiết điện dầm liên hợp

(ii) Việc hình thành các dạng kết cấu liên hợp này bắt nguồn từ nguyên nhân: (a) Khi hàm lượng thanh thép tròn trong kết cấu bê tông quá lớn, người ta thay thê các thanh thép này băng các dạng côt thép khác gọi là côt cứng

(b) Bao bọc cốt thép chịu lực bằng bê tông để giảm độ mảnh, tăng khả năng chịu

lực, chỗng xâm thực hoặc chông cháy

13 Sự hình thành kết cấu liên hợp

Việc nghiên cứu ứng dụng và phát triển kết cấu liên hợp thép - bê tông dùng

trong các lĩnh vực cầu đường, nhà cửa và các công trình kỹ thuật khác đã và đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm

= Năm 1894, lần đầu tiên kết cấu liên hợp thép - bê tông đã được dùng làm cầu

Rock Rapids (My) Cau ding thép hình chữ 1 làm khung và bê tông bọc ngoài

thành cầu dạng vòm

" Năm 1898, một chiếc cầu khác ở Pitts Burgh bang Pennsylvania (Mỹ) dùng hệ

dầm thép bọc bê tông để đỡ bản mặt cầu bằng bê tông tạo nên kết cấu liên hợp

thép - bê tông

« Nam 1897 tại Pitts Burgh (Mỹ), một ngôi nhà mà các dầm sàn bằng thép được

bọc bê tông xây vào năm 1894 bị cháy, tuy nhiên người ta nhận thấy các dầm thép bọc bê tông không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

" Vào những năm 1900 tại châu Âu, việc dùng kết cấu liên hợp thép - bê tông cũng xuất phát từ mục đích dùng bê tông bọc kết cấu thép để chống ăn mòn và chịu lửa

Khi dùng kết cấu liên hợp thép - bê tông người ta nhận thấy việc tạo ra các chỉ

tiết neo để tăng lực dính kết giữa bê tông và thép là cực kỳ quan trọng và không thể

thiếu, tuy nhiên tại thời điểm đó vẫn chưa có lý thuyết tính toán nhưng kết cấu này vẫn được áp dụng

Đến năm 1954 phương pháp tính được đưa ra dựa trên hàng loạt các thí nghiệm

về khả năng chịu trượt của các mẫu neo giữa bê tông và thép được thực hiện tại trường Đại học tông hợp Illnois

" Năm 1956 ở Mỹ, chiếc cầu đầu tiên được ứng dụng các chỉ tiết neo để tăng lực dính kết là cầu được xây dựng ở Pierre, South Dakota

= Cing thdi gian, IBM’s Education Building, New York cũng được áp dụng chỉ tiết neo Các ván sàn bằng thép được để cố định và hàn các mấu neo để liên kết với bản sàn bê tông đồ tại chỗ

Sau năm 1950, việc dùng thép tắm làm ván khuôn và sau đó kết hợp với bản sàn bê tông tạo nên kết cấu liên hợp thép - bê tông được dùng phổ biến trong xây dựng nhà cao tầng ở Mỹ Một số công trình điển hình:

= Toda nhà 35 tầng Major Bank ở Dallas, Texas (Mỹ)

Hinh I-6 Major Bank - Texas

Hinh I-7 One Atlantic Center - Atlanta

= Téa tháp Thiên niên kỷ 6 Vienna (Ao)

" Tru sé tap doan bao hiém tai chinh ING 6 Amsterdam (Holland)

Hinh I-10 Tru sé chinh ING - Amsterdam

* Toa nha Diamond Plaza 6 TP Hé Chi Minh (Viét Nam)

21

H Tiêu chuẩn thiết kế

Kết cấu liên hợp thép - bê tông đã được áp dụng từ lâu tuy nhiên gần đây các bộ tiêu chuân mới được đưa ra

Ở Mỹ việc ứng dụng bắt đầu từ thế kỷ 20, tuy nhiên đến năm 1944 lần đầu tiên

tiêu chuẩn quốc gia AASHTO (The American Association of State Highway

and Transportation)

Ở Đức có tiêu chuẩn DIN-1078

Gần đây Ủy ban cộng đồng châu Âu ban hành bộ tiêu chuẩn không chỉ về kết cấu liên hợp mà còn về xây dựng thống nhất chung cho các quốc gia trong khối

Bộ tiêu chuẩn gọi là European Codes (Eurocodes hay EC)

Ngoài ra một số nước cũng có tiêu chuẩn của riêng mình như Nga, Nhật Bản

Ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu liên hợp Các tài liệu trước đây dựa trên tài liệu của Liên Xô và còn khá đơn giản Vì vậy việc tính toán thiết kế kết cấu liên hợp thép - bê tông trong xây dựng chủ yếu dựa vào bộ tiêu chuẩn của nước ngoài như EC hoặc quy chuẩn thiết kế AISC

Trong đề tài này sẽ trình bày thiết kế kết cấu liên hợp chú yếu dựa trên bộ tiêu chuẩn Euroeodes

Bộ tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocodes):

Eurocode 1: Co sé tinh toán và các tác động lên công trình

Eurocode 2: Kết cấu bê tông cốt thép

Eurocode 3: Kết cầu thép

Eurocode 4: Két cấu liên họp Thép - Bê tông

Eurocode 5: Kết cầu Gỗ

Eurocode 6: Kết cấu gạch đá

Eurocode 7: Tính toán địa chất công trình

Eurocode 8: Tính toán kết cấu công trình chịu động đất

Eurocode 9: Tính toán kết cầu bằng hợp kim nhôm

Phương pháp tính toán (Limit state design)

Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (Ultimate Limit State - USL): đề cập đến sự

an toàn của người và/hoặc kết cấu (trạng thái kết cấu bị phá hủy do các nguyên nhân như: phá hoại bền (đứt, gãy, ép vỡ .), mất ổn định, từ biến ) ;

Trong do:

E„- Giá trị thiết kế gây ra bởi tải trọng ví dụ như: nội lực, mômen

Rạ - Giá trị giới hạn thiết kế tương ứng mà kết cấu có thể chịu được

22

H:13

Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (Service Limit State - SLS): đề cập đến kết

cầu hoặc bộ phận của kết cấu sử dụng bình thường, thuận tiện cho con người, hình dạng của công trình (Biến dạng, rung động hoặc nứt vượt quá giới hạn cho phép)

ie do:

- Giá trị thiết kế gây ra bởi tải trọng theo trạng thái sử dụng được xác định

Pall tổ hợp cơ bản tương ứng

Ra - Giá trị giới hạn thiết kế tương ứng theo tiêu chí sử dụng

Tổ hợp tải trọng

Theo EC, có các dạng tải trọng sau

Tải trọng thường xuyên (ký hiệu Ớ hay ø) (nh tải): thường được kể đến như

tải trọng bản thân của kết câu, co ngót của bê tông, ứng suât trước (P);

Tải trọng tạm thời (ký hiệu Ó hay 4) (hoạt tải): bao gôm tải trọng sử dung, tải trọng gió, tuyết và tải trọng do thay đổi nhiệt độ

Tải trọng ngẫu nhiên (ký hiệu 4) (tải trọng đặc biệt): như ảnh hưởng của xe, cháy no, dong dat

Tổ hợp tải trọng cơ bản có dạng sau (công thức 6.10-EN-1990):

Trong do:

„ - Hệ số độ tin cậy của các tải trọng thường xuyên

(thông thường 7; =1.35)

?%i Z¡ - Hệ số độ tin cậy của các tải trọng tạm thời (chỉ số dưới ; và ; tương ứng với tải trọng tạm thời theo phương đứng và phương ngang)

(thông thường Z=1.5)

Wi u Hệ số tổ hợp tải trọng phụ thuộc vào tải trọng và công trình (tải trọng sử dụng 0.7; tải trọng gió ự=0.6).

Chương II VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KÉT CÁU LIÊN HỢP

Bê tông

Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4

Trong kết cấu liên hợp dùng bê tông thông thường như trong kết cấu bê tông cốt

Bê tông nặng (thông thường) với khối lượng riêng 1800<<2500&g⁄w”

Bê tông nhẹ với khối lượng riêng 1600<ø2<1800kg⁄”

Các loại cường độ

Đối với bê tông thông thường theo quy định của Eurocode 4, dùng mác bê tông

từ C20/25 đến C50/60 Đặc trưng cơ học (M⁄zˆ) được nêu trong Bảng II-1

#24 - cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mẫu hình trụ ở 28 ngày

Jom - cường độ chịu kéo trung bình của bê tông ở 28 ngày

Sem - cường độ chịu nén trung bình của bê tông ở 28 ngày

Sewo.os - gia tri dưới của sức bền đặc trưng khi chịu kéo

E„ - mô đun đàn hồi cát tuyến có kể đến ảnh hưởng của tác động ngắn hạn Trong Bảng II-1 ký hiệu C20/25 có ý nghĩa như sau:

Chữ C: bê tông nặng thông thường (normal-density concrete)

Sô 20: cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mâu hình trụ (160x320)ở 28 ngay fy=20N/mm?

Sô 25: cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mâu hình lăng trụ

(150x150x150) ở 28 ngày /„=25N⁄mm?

24

1.1.2 Cuong độ tính toán của bê tông

() Cường độ tính toán chịu nén của bê tông:

Trong do:

œ - hệ số kể đến những tác động lâu dài đến sức bền nén và các tác động bắt lợi

của các tải trọng tác dụng Giá trị này dao động từ 0.8-+1.0 tùy theo quy định của từng nước Có thể lấy bằng œ„„=1.0

#4 - cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mẫu hình trụ ở 28 ngày

z - hệ số kể đến đặc tính riêng của bê tông, lấy theo Bảng II-2 và phụ thuộc vào tải

Trong đó:

ø„ - hệ số kể đến những tác động lâu dài đến sức bền kéo và các tác động bắt lợi của các tải trọng tác dụng Giá trị này tùy theo quy định của từng nước Có thể lấy bằng œ=1.0

0o; - giá trị dưới của sức bền đặc trưng khi chịu kéo, lấy theo Bang II-1

(iii) M6 dun dan héi E.,,

Mô đun đàn hồi của bê tông phụ thuộc vào mô đun đàn hồi của các cốt liệu thành phan Các giá trị gần đúng của #„„ (mô đun tiếp tuyến giữa ơ/=0 và ơ;=0.4 fom) trong Bảng II-1 là cho bê tông cốt liệu thạch anh

"_ Đối với cốt liệu đá vôi và đá sa thạch #„„ có thể giảm tương ứng 10% và 30%

“_ Cốt liệu từ đá bazan /„„ tăng 20%

(v) Mô đun đàn hồi của tiết điện liên hợp thép - bê tông

Đối với bê tông nhẹ, điều chỉnh bằng cách nhân giá trị Fc„ trong Bảng II-l với tri sé (0/2400)

= Khi xét đến hiện tượng từ biến của bê tông dưới tác dụng của tải trọng dài hạn

n’=3n (gid tri Eom giảm đi 3 lần)

“_ Hệ số trung gian dùng chung cho cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn để đơn giản

hóa trong việc phân tích z”=2ø (giá trị E„„ giảm đi 2 lần)

Trong đó các con số ở ký hiệu chỉ giới hạn đàn hồi (/¿ N⁄mz?) của từng loại

Mô đun đàn hồi của cốt thép #; dao động tir 190+200kN/cm’ Dé don gian trong tính toán cho phép lấy gia tri E,= E,=210kN/cm’ cua thép kết cấu

I2 Thép kết cấu

Tiêu chuẩn EN-1994-1-1 đưa ra mác thép thông thường

Trong đó các con số ở ký hiệu chỉ giới hạn chảy N/mm?) của từng loại

Giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi và sức bền kéo đứt ƒ„ của thép cán nóng phụ thuộc vào chiêu dày / tra bảng trong tiêu chuân EN-10025 và EN-10113

= M6 dun dan hồi E„=210&M⁄wŸ

I3 Tôn định hình bằng thép của sàn liên hợp

Tôn định hình phù hợp với tiêu chuẩn EN-10147

" Giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi của vật liệu thép cơ bản

Chuong III DAM LIEN HOP THEP - BE TONG

Dam lién hop thép - bé tông được tạo bởi một dầm thép cán nóng hoặc tổ hợp

hàn và một tắm tôn định hình, sàn bê tông cốt thép (bình thường hay ứng suất trước)

Tam sàn được liên kết với dầm thép bằng các liên kết để đảm bảo sự làm việc đồng

thời

tl

Dam lién hợp được kiểm tra theo TTGH:

(i) Trang thai gidi han I (bén, ổn định ): khác với dầm bình thường, tính toán

dầm liên hợp phụ thuộc vào một số yếu tố:

Loại tiết diện (theo độ mảnh của bản cánh, bản bung dim thép)

Phương pháp thi công (có gối đỡ tạm - thanh chống phụ hay không)

Hình thức liên kết giữa tắm sàn với dầm thép (liên kết hoàn toàn hay không

hoàn toản)

Vị trí trục trung hoà trên tiết diện ngang

(ii) Trang thái giới hạn II (độ võng trong giai đoạn thi công và sử dụng)

if ae Bê tông SÁU sy

Lưới thép (hàn)

Kiểm tra theo TTGH I

Khái niệm chung

Chiều rộng tham gia làm việc của tắm sàn

Khi chịu uốn một phần tắm sàn của sàn bê tông sẽ tham gia làm việc cùng với

dầm thép để tạo thành tiết diện chữ T Trên bề rộng tham gia làm việc hiệu qua (bey)

này ứng suất pháp coi phân bé déu

27

Hình III-2 Chiều rộng tham gia làm việc của tắm sàn với một dam

Phân loại tiết diện ngang

Khi khảo sát sự làm việc của dầm liên hợp dưới tải trọng, tuỳ theo khả năng

xoay của tiết diện khi chịu uốn mà chia tiết diện ngang ra làm 4 loại:

Loại 1: có khả năng phát triển mômen bền dẻo với khả năng xoay đủ để hình

thành khớp dẻo

Loại 2: có khả năng phát triển mômen bền dẻo, hạn chế khả năng xoay

Loại 3 hoặc 4: khi do có hiện tượng cong vênh cục bộ trong vùng nén của dầm

(ở bản bụng hoặc bản cánh) ứng suất của những thớ chịu tải lớn nhất không thể

vượt qua giới hạn đàn hồi tính toán

Trong công trình xây dựng dân dụng ta chỉ khảo sát tiết diện loại I và loại 2

() Khi tiết điện chịu uốn với mômen âm (M⁄„<0) và khi cánh nén không được

giữ ồn định bởi tắm sàn bê tông cốt thép , các giá trị giới hạn độ mảnh của bản

bụng và bản cánh của tiết điện loại 1 và 2 xem Bang III-1

(ii) Khi tiét diện chịu uốn với mémen dương (M,;>0) sự có mặt của tắm sàn sẽ

đóng vai trò sau:

Tất cả các cánh chịu nén của dầm thép nếu được liên kết với tắm sàn bằng các

liên kết được bố trí theo các khoảng cách thích hợp (nhỏ hơn 20/z đối với tắm

sàn đặc và 5/e đối với tắm sàn có sườn vuông góc với dầm), có thể được coi

như tiết diện loại 1

Khi trục trung hoà dẻo nằm trong tắm sàn hay trong bản cánh dầm mà bản cánh

này có độ mảnh thuộc loại 1 và được liên kết với tắm sàn thì có thể coi cả tiết

diện liên hợp là loại 1 bởi vì khi đó bản bụng hoàn toàn chịu kéo

28

"Trong trường hợp trục trung hoà đi qua bản bụng tiết diện liên hợp được coi

như loại 2 vì sự tăng ép mặt của tắm sàn gây nén phần trên của tiết diện làm hạn

chế khả năng quay của tiết diện

Bang III-1 Bản cánh và bản bụng dầm thép không được giữ ổn định bởi tắm sàn

(ii) EC4 cũng cho phép phân loại lại tiết diện khi cánh dầm thép chịu nén thuộc

loại I và 2 như sau:

" Bản bụng tiết diện loại 3 được bọc bê tông có thể coi như bản bụng loại 2 của

tiét diện tương tự

"Bản bụng loại 3 không được bọc bê tông có thể chuyển thành loại 2 tương

đương nếu chấp nhận chiều cao hữu hiệu chịu nén là hai lần 20/£ (coi một phan

bản bụng mất ổn định)

.3 Các giả thiết khi tính dầm liên hop theo TTGH I

(i) Lién két trong nhịp giữa sàn bê tông và dầm thép là liên kết hoàn toàn Tắm

sàn bê tông và côt thép có thể đạt đến sức bên lớn nhất

(ii) Tất cả các thớ của dầm thép đều hóa dẻo khi chịu lực (do kéo hoặc nén)

(iii) Ung suat trong vùng bê tông chịu nén coi là phân bố đều

(v) Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông

(v) Các cốt thép của tắm sàn khi chịu kéo sẽ bị chảy đạt đến cường độ tính toán

(vì) Bỏ qua sự làm việc của cốt thép khi tắm sàn chịu nén Trong tấm sàn liên

hợp không tính tâm tôn định hình chịu nén

29

12 Kiểm tra tiết diện

Các trường hợp hay gặp trong các công trình dân dụng, bản sàn liên hợp bê tông với tắm tôn định hình, sóng tôn vuông góc với trục của dầm thép

" Chiều cao lớn nhất của vùng bê tông chịu nén là chiều dày 7„ của sàn bê tông tình từ đỉnh của sóng tôn

"_ Chiều cao sóng của tắm tôn định hình là Z„ Khi chỉ có sàn bê tông „=0

"_ Thiết lập các công thức với hai trường hợp dầm thép tổ hợp có tiết diện chữ 1

đối xứng và không đối xứng

1.2.1 Trường hợp dầm tổ hợp tiết diện chữ 1 đối xứng

(a) Trường hợp 1 - trục trung hòa dẻo (P.N.A) nằm trong bản bê tông

Ký hiệu lần lượt #„ và # là sức bền dẻo của thép hình khi chịu kéo và của sàn bê

Ti =

2170 :\IPt

mi+

= — Hình II-3 Biêu đồ ứng suất đẻo khi P.N.A đi qua bản sàn bê tông

tông khi chịu nén

4, - Diện tích tiết diện dầm thép

Trường hợp trục trung hòa đẻo nằm trong bản bê tông khi F.> F, Vị trí của trục

trung hòa dẻo so với mặt trên của sàn bê tông z được xác định theo:

Tinh toán mômen bền theo hợp lực của vùng bê tông chịu nén

Mii =F, iG +h +h, - 2) (Eq II-4)

(b) Trường hợp 2 - P.N.A nằm trong bản cánh dầm thép

Trường hợp trục trung hòa dẻo nằm trong bản bê tông khi F < F,

Rõ ràng trục trung hòa dẻo z sẽ lớn hơn toàn bộ chiều dày của tấm tôn định hình

và sàn bê tông (j„+#„,) Để trục trung hòa dẻo nằm trong bản cánh trên của dầm thép cần thỏa mãn điều kiện sau:

FEẦ—-F<2-b LE Seb ty % (Œq II-5) E

Khoảng cách z được xác định bằng phương trình cân bằng lực theo phương nằm

Hinh {II-4 Biêu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua cánh trên của dầm thép

Để tính mômen bền dẻo của tiết diện ta lập phương trình mômen với trọng tâm vùng bê tông chịu nén:

(c) Trường hợp 3 - trục trung hòa nằm trong bản bụng dầm thép

F.<F,

Ya Thi trục trung hòa dẻo sẽ đi qua bản bụng của dầm thép Gọi z, chiều cao phan bản bụng chịu kéo tính từ trục trọng tâm của dầm đến trục trung hòa dẻo Chiếu

Hình III-5 Biểu đỗ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản bụng của dầm thép

Mômen bền được tính toán so với trọng tâm của thép hình:

I.2.2 Trường hợp dầm tổ hợp tiết diện chữ 1 không đối xứng:

Thiết lập công thức tương tự như phần L.2.1 ta có:

32

(a) Trường hợp | - truc trung hòa dẻo (P.N.A) nằm trong bản bê tông

Hình III-6 Biêu đồ ứng suat déo khi P.N.A đi qua bản sàn bê tông

Ký hiệu lần luot F, va F, 1a strc bén dẻo của thép hình khi chịu kéo và của sàn bê

tông khi chịu nén Œd II-2) Vị trí của trục trung hòa dẻo so với mặt trên của sàn

bê tông z được xác định theo:

F

(b) Trường hợp 2 - P.N.A nằm trong bản cánh dầm thép

Hình II-7 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua cánh trên của dầm thép

Trường hợp P.N.A nằm ở phan cánh trên của dầm thép khi F,-F, <2bytpf,/7,-

VỊ trí của trục trung hòa dẻo so với mặt trên của sàn bê tông z được xác định

(c) Trường hợp 3 - trục trung hòa nằm trong bản bụng dầm thép

Hình III-8 Biểu đồ ứng suất dẻo khi P.N.A đi qua bản bụng của dầm thép

Gọi z„ chiều cao phần bản bụng chịu kéo tính từ trục trọng tâm của dằm đến trục

trung hòa dẻo:

1.3 Kiém tra tiét dién chiu cat

Các thí nghiệm cho thấy lực cắt do một phần bản sàn chịu, tuy nhiên không thể lập mô hình tính đơn giản để thể hiện sự phân phối lực cắt này Vì vậy trong thực tế giả thiết rằng lực cắt chỉ tiếp nhận bởi bản bụng của dầm thép Điều kiện bền của tiết diện khi chỉ chịu lực cắt được kiểm tra theo công thức:

V sự Š Vira

⁄

Il Kiểm tra theo TTGH2

Tính toán theo TTGH2 của dầm liên hợp gồm

" Kiểm tra về độ võng trong giai đoạn thi công và sử dụng

Giá trị độ võng giới hạn của dầm liên hợp lấy theo Bảng III-2

34

gly Giá trị độ võn

Loại kết cầu Wes

giới hạn

Mái chịu tải trọng thường xuyên hay khi sữa chữa bảo dưỡng

Sàn và mái chịu tải trọng tường ngăn bằng thạch cao hoặc kính

Bang III-2 Giá trị giới hạn của độ võng thăng đứng cho dầm và sàn

Thực tế cho thấy trong hệ dầm sàn nhà khi đã đảm bảo theo TTGHI, độ võng

thường thỏa mãn khi tỷ số giữa nhịp của dầm (7) và chiều cao toàn bộ tiết điện (/)

nằm trong khoảng sau (Bảng III-3):

Bang III-3 Ty sé nhip (Z) va chiéu cao toàn bộ tiết diện (A)

I2 _ Tính toán độ võng cúa dầm đơn giản

Độ võng xác định theo công thức:

4

Trong đó:

1¡ - mômen quán tính của tiết diện liên hợp khi bê tông không nứt

HI Liên kết trong kết cấu liên hợp

IH.I Đại cương

(1) Các liên kết và cốt thép ngang phân bố dọc theo mặt tiếp xúc giữa bê tông và

thép phải có khả năng truyền lực trượt dọc giữa sàn và đầm thép (không xét đến

lực ma sát) Trong xây dựng công trình, kiểm tra sự làm việc này chỉ tiến hành

theo TTGH thứ nhất

(ii) Tiêu chuẩn EC4 phân chia các thành hai loại liên kết: “dẻo” và “không dẻo”

" Một liên kết được coi là dẻo khi nó có khả năng biến dạng đủ khi chịu trượt để

phù hợp với giả thiết làm việc dẻo hoàn toàn của liên kết khi trượt EC4 cho

35

phép liên kết được coi là dẻo nếu độ trượt s„>6zn đối với bản sàn đặc khi có số liên kết (chốt d=16+22; h>4d) đầy đủ theo chiều dài nhịp dầm Đối với ban san

lién hop s,=10+15mm va h2h,

« Lién két khong déo chỉ tồn tại biến dạng của bê tông khi chịu ép mặt tiếp xúc

với liên kết (thanh thép chữ T, chữ [, khối hộp )

Hình II-9 Liên kết chịu cắt

IHI.2 Sức bền tính toán của liên kết truyền thống

III.2.1 Chốt hàn có mũ trong tắm sàn đặc

Sức bền tính toán của một chốt có mũ được hàn xung quanh chân lấy theo giá

trị nhỏ trong hai giá trị phá hoại cắt ngang thân chốt và phá hoại bê tông bao xung quanh chốt

ƒ„ - sức bền chịu nén của bê tông theo mẫu trụ

Eom ~ giá trị trung bình của mô đun đàn hồi tiếp tuyến bê tông (Bảng II-1).

a=! khi h/d>4

- hệ số điều chỉnh

.meeeuen có án HN ares

%s - hé số an toàn z„=1.25

III.2.2 Chốt hàn có mũ trong tắm sàn liên hợp

() Khi sóng của tắm tôn định hình đặt vuông góc với trục dọc của dầm thép thì sức bền tính toán của chốt theo công thức (Eq III-21) sẽ phải nhân với hệ số

điều chỉnh z lấy theo thí nghiệm Điều này kể đến các ảnh hưởng không lợi của

bê tông bọc quanh chót và đường hàn liên kết

r= 97 5 | —1Ì<0.8 khí N, =2

VN, fy (Ay Điều kiện áp dụng:

Trong đó:

N, - 86 luong chốt trong một sóng

(1i) Trường hợp một sườn tắm tôn song song với trục của dầm thép (dầm biên

của sàn), hệ số điều chỉnh z được xác định theo công thức:

h, h,

HI.3 Thiết kế liên kết của dầm đơn giản

() Khảo sát dầm đơn giản, chịu tải trọng phân bố ø„ hoặc một tải trọng tập trung Óz (Hình II-10) Ký hiệu chiều dài giới hạn 7„„ là chiều dài giữa hai tiết

diện giới hạn (1„=AB hay BC)

Hình II-10 Chiều dai giới hạn của dầm đơn giản

Mômen bền dẻo Moira ©O thé đạt được ở tiết diện giới han trung gian B vì tiết diện này luôn thuộc loại 1 hay 2

Lực cắt dọc tác dụng trên mỗi chiều dài tới hạn được xác định theo công thức:

Vy= min 4 Logs bag I fa) Va 1ÉẮ% (Eq UI-25)

Xác định số lượng liên kết cần thiết trên chiều dài tới hạn để liên kết hoàn toàn

(i1) Trường hợp riêng

Khi © =1 thi m3" = M+, (lién két hoàn toàn)

Chuong IV

BAI TOAN TOI UU

I Tổng quan về tối ưu kết cấu

Thực tế đã chỉ ra rằng việc đưa ra quyết định là một trong những yếu tố quan trọng nhất của con người Đưa ra quyết định cho sự lựa chọn phù hợp nhất đã ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống của mỗi cá nhân làm việc trong bất kỳ lĩnh vực nào

George Moore (1873-1958), một nhà triết học nổi tiếng người Anh đã nói: "Sự khó khăn trong cuộc sống đó là lựa chọn" Vì vậy, để giúp các nhà thiết kế tìm ra sự lựa

chọn tốt nhất trong thiết kế kết cấu, kỹ thuật tối ưu hóa được phát mỉnh và đã được liên tục phát triển

Sự khởi đầu của thiết kế dựa trên tối ưu hóa có thể đã được tìm thấy ở thế kỷ thứ XVI, khi Galileo Galilei (1564-1642) một nhà vật lý, toán học, thiên văn học và triết học người Ý, có gắng để xác định phương pháp để dự đoán khả năng chịu lực của

một dầm gỗ đàn hồi công-xôn và chịu tải trọng ở đầu tự do (Hình IV-1)

Hình IV-1 Mô hình xác định khả năng chịu lực của dầm gỗ công-xôn

Nguyên tắc cơ bản của thiết kế dựa trên tối ưu hóa là việc thiết lập công việc

thiết kế như bài toán tối ưu Để giải quyết các mô hình tối ưu đã được lập một cách toán học, qưấ trình tối ưu có thể được giải quyết bằng cách thực hiện thủ công hoặc tự

động bằng các phần mềm máy tính Các phương pháp tối ưu gần đây làm giảm khối

lượng tính toán lớn cho các người thiết kế Các chiến lược dựa trên tối ưu hóa rất hay được sử dụng, đặc biệt trong lĩnh vực cơ học kết cấu

Vào năm 1890, J.C Maxwell xuất bản ấn phẩm đầu tiên về phân tích tối ưu hóa kết cấu trong đó đề cập đến lý thuyết tối thiểu hóa trọng lượng của kết cấu giàn mái

Từ những năm cuối của 1940 đến những năm 1960, tối ưu hóa kết cấu được áp dụng

cho các kết cầu nhẹ và bộ phận trong các ngành công nghiệp máy bay và vũ trụ.