Đánh giá ảnh hưởng sàn liên hợp thép bê tông đến độ mềm của nút khung (tt)

Ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bê tông đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp .... Ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bêtông đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt

Trang 1

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG SÀN LIÊN HỢP

THÉP - BÊ TÔNG ĐẾN ĐỘ MỀM CỦA NÚT KHUNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội – 2014

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LÊ HỒNG KIÊN KHÓA: 2011- 2013

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG SÀN LIÊN HỢP

THÉP - BÊ TÔNG ĐẾN ĐỘ MỀM CỦA NÚT KHUNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN HỒNG SƠN

Hà Nội – 2014

Trang 3

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với TS. Nguyễn Hồng Sơn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô, các cán bộ của khoa Sau Đại học trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng bạn bè đã giúp đỡ chỉ dẫn tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Lê Hồng Kiên

Trang 4

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng của sàn liên hợp thép – bêtông đến độ mềm của nút khung” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.

Lê Hồng Kiên

Trang 5

Mục lục

Lời cảm ơn

Lời cảm đoan

Danh mục ký hiệu

Danh mục các hình vẽ

Danh mục các bảng biểu phụ lục

Phần mở đầu 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4

1.1. Liên kết và sự làm việc của liên kết trong kết cấu khung thép có cấu kiện liên hợp thép - bêtông 4

1.1.1. Kết cấu khung thép và các cấu kiện liên hợp thép – bêtông 4

1.1.2. Liên kết dầm cột trong kết cấu khung thép 12

1.1.3. Sự làm việc của liên kết dầm cột trong kết cấu khung thép 15

1.1.4. Ảnh hưởng của độ mềm nút liên kết dầm cột đến nội lực 17

1.2. Xác định ma trận độ cứng và véctơ lực nút trong bài toán phân tích kết cấu khung thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn 22

1.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn 22

1.2.2. Xác định ma trận độ cứng và vectơ lực nút cho phương pháp phần tử hữu hạn 23

1.3. Tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bêtông đến độ mềm của nút khung 31

1.3.1. Trong nước 31

1.3.2. Ngoài nước 32

CHƯƠNG 2. ĐỘ MỀM CỦA NÚT LIÊN KẾT DẦM CỘT KHI KHÔNG CÓ VÀ KHI CÓ SÀN LIÊN HỢP 34

2.1. Độ mềm của nút liên kết dầm cột khi không có sàn liên hợp 34

2.1.1. Các tổ hợp của nút liên kết dầm cột và mô hình cơ học 34

2.1.2. Xác định độ cứng thành phần 37

2.1.3. Độ cứng của nút liên kết dầm cột 50

2.2. Độ mềm của nút liên kết dầm cột khi có sàn liên hợp 51

2.2.1. Các tổ hợp của nút liên kết dầm cột và mô hình cơ học 51

2.2.2. Xác định độ cứng thành phần 53

2.2.3. Độ cứng của nút liên kết dầm cột 57

Trang 6

2.3. Xây dựng quy trình tính toán 59

2.3.1. Xác định độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp 59

2.3.2. Xác định độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông 59

2.3.3. Xác định độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng thép góc - bulông 59

CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 63

3.1. Ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bê tông đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp 63

3.1.1. Thông số tính toán và thông số khảo sát 63

3.1.2. Tính toán kích thước hình học của chi tiết nút liên kết dầm cột 65

3.1.3. Xác định các độ cứng thành phần 66

3.1.4. Ảnh hưởng của sàn liên hợp đến độ mềm của nút liên kết sử dụng hàn trực tiếp 69

3.2. Ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bêtông đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông 73

3.2.2. Tính toán kích thước hình học chi tiết nút liên kết dầm cột 76

3.2.4. Ảnh hưởng của sàn liên hợp đến độ mềm của nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông 82

3.3. Ảnh hưởng của sàn liên hợp thép - bêtông đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng thép góc - bulông 86

3.3.2. Tính toán kích thước hình học của chi tiết nút liên kết dầm cột 90

3.3.4. Ảnh hưởng của sàn liên hợp đến độ mềm của nút liên kết dầm cột sử dụng thép góc - bulông 102

3.4. So sánh và nhận xét kết quả khảo sát 107

3.4.1. So sánh kết quả khảo sát 107

3.4.2. Nhận xét kết quả khảo sát 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC 1: CÁC BẢNG TRA

PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Trang 7

dwc - chiều cao thông thủy của bụng cột

Trang 8

e1 - khoảng cách từ trọng tâm bulông ở hàng cuối cùng đến đầu tự do liền kề của cột

Trang 9

Ki - độ cứng tương đương của hàng bulông thứ i

Kcwt.i, Kcfb.i, Kepb.i, Kbt.i, Kta.i, Kwa.i – lần lượt là độ cứng của bản bụng cột chịu kéo, cánh cột chịu uốn, mặt bích chịu uốn, bulông chịu kéo, thép góc trên, thép bụng dầm của hàng bulông thứ i

La - chiều cao cánh trên của thép góc trên

Leff.p - chiều dài hiệu quả của bản bích chịu uốn

L1 - khoảng cách từ trọng tâm bulông cánh trên đến trọng tâm cánh dưới củathép góc trên

Trang 10

L* - chiều dài của phần tử dầm

R - hợp lực của ngoại lực tác dụng lên phần tử dầm

m - khoảng cách từ trục bulông đến mép đường hàn hoặc đến điểm cong trực tiếp bản cánh - bụng cột

mc - khoảng cách từ trục bulông đến khớp dẻo tương ứng với hàng bulông

mepl.1 - khoảng cách từ bulông đến mép đường hàn hoặc bán kính cong chuyển tiếp bản cánh- bụng dầm

Trang 12

Danh mục các hình vẽ Chương 1

Số hiệu Tên hình vẽ Trang

Hình 1.18 Sơ đồ tải trọng khung có nút liên kết dầm cột cứng và nửa

cứng

21

Trang 13

Chương 2

trực tiếp và sử dụng mặt bích- bulông khi không có sàn liên hợp

34

tiếp khi không có sàn liên hợp

34

bulông khi không có sàn liên hợp

35

thép góc - bulông khi không có sàn liên hợp

36

bulông khi không có sàn liên hợp

37

tiếp khi có sàn liên hợp

51

bulông khi có sàn liên hợp

52

-bulông khi có sàn liên hợp

53

Trang 14

trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp

71

kéo trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng đường hàn trực tiếp

72

trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp

73

hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông

83

trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông

84

kéo trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích - bulông

85

trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích – bulông

86

Trang 15

trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng

thép góc - bulông

105

106

107

Trang 16

Danh mục các bảng biểu phụ lục

Số hiệu Tên bảng biểu Trang

hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp

70

hàn trực tiếp

71

kéo trong sàn liên hợp đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử

dụng hàn trực tiếp

72

trong sàn liên hợp đến độ mềm liên kết dầm cột sử dụng hàn

dụng mặt bích - bulông

85

Trang 17

Bảng 3.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của diện tích cốt thép chịu kéo

trong sàn đến độ mềm nút liên kết dầm cột sử dụng thép góc -

bulông

105

Bảng 3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của môđun đàn hồi cốt thép chịu

dụng thép góc - bulông

106

Bảng 3.12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách neo chịu cắt

107

Bảng 3.13 Bảng so sánh độ cứng của của các nút liên kết dầm cột khi có

và khi không có sàn liên

Trang 18

Phần mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Kết cấu khung liên hợp thép - bêtông được sử dụng rộng rãi làm kết cấu chịu lực trong các nhà cao tầng, bởi chúng có nhiều ưu điểm như: khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường, khả năng chịu lửa tốt, khả năng chịu lực của vật liệu được tăng lên, giảm giá thành công trình v.v…, các cấu kiện liên hợp thép - bêtông như cột, dầm, sàn được liên kết với nhau tạo thành hệ kết cấu chịu lực.

Trong kết cấu khung liên hợp thép – bêtông, liên kết giữa dầm và cột thường được sử dụng là liên kết hàn hoặc có thể sử dụng các thép góc với liên kết bulông. Do đó, liên kết giữa dầm và cột rất đa dạng và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như cấu tạo, kích thước hình học, vật liệu v.v…của các bộ phận cấu thành nên liên kết. Theo quan điểm truyền thống, liên kết dầm cột thường được giả thiết là khớp lý tưởng hoặc hoặc cứng tuyệt đối, điều này chưa phản ánh đúng sự làm việc của liên kết dầm cột trong thực tế. Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng với liên kết mềm nhất (khớp lý tưởng) cũng có khả năng truyền được một phần mômen nhất định và với liên kết cứng tuyệt đối cũng luôn có độ mềm nhất định. Trạng thái làm việc thực của nút liên kết dầm cột là nằm giữa liên kết ngàm cứng và liên kết khớp gọi là liên kết mềm. Ứng với mức độ mềm của liên kết gọi là độ mềm của nút liên kết. Trong luận văn này sử dụng thuật ngữ độ mềm hoặc độ cứng, vì độ mềm là nghịch đảo

độ cứng của nút liên kết dầm cột.

Độ cứng của nút liên kết dầm cột đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố nội lực cũng như khả năng chịu lực của khung. Vì thế, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp để nâng cao khả năng chịu lực cho nút liên kết, nhằm giảm tiết diện của kết cấu, tăng tính thẩm mỹ và giảm giá thành của công trình là vấn đề mà nhiều nhà thiết kế rất quan tâm. Trong kết cấu khung, sàn

Trang 19

sự làm việc cũng như độ cứng của nút.

Bằng các nghiên cứu thực nghiệm, việc xác định độ mềm của nút liên kết dầm cột trong kết cấu khung thép đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước thực hiện gần đây, đã xây dựng được thư viện số liệu về độ mềm của các liên kết. Tuy nhiên, do tính đa dạng về hình thức liên kết và chi phí cho mỗi nghiên cứu thực nghiệm là khá lớn nên các nghiên cứu và các số liệu thí nghiệm về nút liên kết dầm cột ở Việt Nam vẫn còn khiêm tốn.

Việc xác định độ mềm của nút liên kết dầm cột có xét đến ảnh hưởng của sàn liên hợp thông qua xác định độ cứng xoay của nút liên kết được đề tài

đề cập, phần nào cải thiện được các khó khăn trên. Từ đó, các nhà thiết kế kết cấu có thêm những giải pháp tăng cường độ cứng nút khung, giảm kích tiết diện của kết cấu, cũng giảm chi phí cho công trình.

Do vậy, đề tài “Đánh giá ảnh hưởng sàn liên hợp thép – bêtông đến độ mềm của nút khung” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.

2 Mục đích nghiên cứu

Làm rõ ảnh hưởng của một số các yếu tố trong sàn liên hợp đến độ mềm của nút liên kết dầm cột trong kết cấu khung liên hợp thép – bêtông.

Kiến nghị các nhà thiết kế lưu ý các yếu tố của sàn liên hợp ảnh hưởng đến độ mềm của nút liên kết dầm cột liên hợp thép – bêtông trong quá trình thiết kế.

3 Đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Nút liên kết cột thép với dầm thép có sàn liên hợp thép – bêtông với một

số kiểu nút liên kết dầm cột điển hình, gồm: nút liên kết dầm cột sử dụng hàn

Trang 20

Nút liên kết dầm cột trong kết cấu khung thép, cấu kiện cột thép và dầm thép tổ hợp hàn hoặc định hình, bản sàn liên hợp thép - bêtông có sử dụng chốt neo.

Trang 21

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 22

Kết luận:

Nội dung nghiên cứu được đề cập trong luận văn, đã đạt được những kết quả chính sau:

Đã tổng quan và phân tích một số kiểu nút liên kết dầm cột và sự làm việc của chúng trong kết cấu khung thép. Xác định ma trận độ cứng và vectơ lực nút trong bài toán phân tích kết cấu khung thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Ngoài ra, còn tổng quan về xu hướng nghiên cứu ảnh hưởng của sàn liên hợp thép – bêtông đến độ mềm của nút khung ở Việt Nam và trên thế giới.

Đã trình bày lý thuyết tính toán độ cứng của nút liên kết cột thép - dầm thép đối với ba kiểu nút liên kết, gồm: nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp, nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích – bulông và nút liên kết dầm cột

sử dụng thép góc - bulông cho trường hợp khi không có và khi có sàn liên hợp thép – bêtông theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và Eurocode 4.

Đã thực hiện các ví dụ tính toán độ cứng của ba kiểu nút liên kết, gồm: nút liên kết dầm cột sử dụng hàn trực tiếp, nút liên kết dầm cột sử dụng mặt bích – bulông và nút liên kết dầm cột sử dụng thép góc - bulông cho trường hợp khi không có và khi có sàn liên hợp thép – bêtông. Đồng thời, nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố trong sàn liên hợp đến độ mềm của nút liên kết. Từ đó, tổng hợp, so sánh và rút ra nhận xét về các ảnh hưởng này.

Kiến nghị:

Nghiên cứu thêm các trường hợp: ảnh hưởng của sàn liên hợp khi sàn có hai hoặc nhiều lớp thép chịu kéo hoặc nghiên cứu ảnh hưởng của sàn đến độ mềm của nút liên kết có sử dụng kiểu liên kết khác như liên kết nút có bản đỡ…

Cần thiết phải ban hành tiêu chuẩn thiết kế chuyên ngành về kết cấu liên hợp thép bêtông theo tiêu chuẩn Việt Nam trong đó có lý thuyết tính toán về

độ cứng nút liên kết dầm cột.

Trang 23

Tiếng Việt:

1. Vũ Quốc Anh (2004), Nghiên cứu phương pháp phân tích và tính toán

khung thép với các liên kết đàn hồi, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học

Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.

2. Bộ Xây dựng (2012), Tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012, Kết cấu bêtông và

bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

3. Phạm Văn Hội (2010), Kết cấu liên hợp thép - bêtông dùng trong nhà cao

tầng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

4 Vũ Hoàng Hưng (2013), SAP 2000 Phân tích kết cấu công trình thủy lợi

thủy điện, Nhà xuất bản Xây dựng.

5. Cao Văn Mão (2000), Phân tích kết cấu có nút cứng và liên kết mềm, Luận

văn Cao học Đại học Thủy lợi, Hà Nội.

6. Đoàn Tuyết Ngọc (2002), Hiệu quả của ứng suất trước trong kết cấu khung

đặc bằng thép một tầng, một nhịp có dây căng kể tới sự đàn hồi của nút khung, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.

7. Nguyễn Lê Ninh (2007), Động đất và thiết kế công trình chịu động đất,

Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

8. Nguyễn Hồng Sơn (2007), Phân tích kết cấu khung thép phẳng có liên kết nửa

cứng phi tuyến, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.

9. Nguyễn Hồng Sơn (2013), Xác định độ cứng của liên kết dầm - cột trong

kết cấu khung liên hợp thép – bêtông, Tạp chí Xây dựng, Nhà xuất bản

Trang 24

12. EN 1992-1-1:2004 (2005), Eurocode 2: Design of concrete structures

General rules and rules for buildings

13. EN 1993-1-8:2005 (2005), Eurocode 3: Design of steel structures – Part

1-8: Design of joint

14. EN 1994-1-1:2004 (2005), Eurocode 4: Design of composite steel and

concrete structure General rules anh rudes for buildings, EN, Europe.

15. Structural Steelwork Eurocodes Development of A Trans – National Approach, SSEDTA (2001), “Lecture 9: Composite Joints”.

16. C. Faella, V. Piluso, G. Rizzano (2000), Structural steel semirigid

connections – Theory, Design and software.

17. Saddam M. Ahmed and Gunakaran (2012), A Parametric study o R.C

Slab in beam – column connection under cyclic loading, Anma university,

Chemnai, India.s

18. Dennis Lam (2008), Recent research and development in semi – rigid

composite joints with precast hollowcore slabs, School of Civil

Engineering, University of Leeds, Leeds, LS2 9JT.

19. Chui P.P.T Chan S.L (1996), Inelastic Behaviors of Moment – Resistance

Steel Frame Advances in steel structures, Proceeding of International

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	514,9 KB