Tính toán thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn châu âu (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- TRIỆU VĂN THỨC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

TRIỆU VĂN THỨC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO

TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

TRIỆU VĂN THỨC KHÓA: 2016 - 2018

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO

TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS VŨ QUỐC ANH

Hà Nội - 2018

LờI CảM ƠN

Trước tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Quốc Anh

là thầy giáo trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ trong quá trình hình thành, xây dựng đề tài và những chỉ bảo mang tính xác thực cũng như những sửa chữa mang tính khoa học của thầy để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ của khoa Sau đại học Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu của tác giả tại lớp CH2016X2

Mặc dù tác giả đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót hoặc có những phần nghiên cứu chưa sâu Rất mong nhận được sự góp ý chia sẻ của quý thầy cô, cũng như quý đồng nghiệp và những người quan tâm để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng…năm 2018

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Triệu Văn Thức

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Triệu Văn Thức

Ngày sinh: 20/08/1991

Nơi sinh: Xã Nam Hoa – Huyện Nam Trực – Tỉnh Nam Định

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Triệu Văn Thức

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ CẤU KIỆN CHỊU XOẮN 3

1.1 Tổng quan về cấu kiện chịu xoắn 3

1.1.1 Lịch sử phát triển phân tích xoắn 3

1.1.2 Các thuật ngữ và ký hiệu 4

1.2 Biến dạng đàn hồi và ứng suất 5

1.2.1 Tâm cắt 5

1.2.2 Xoắn tự do 7

1.2.3 Xoắn kiềm chế 16

CHƯƠNG II LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 21

2.1 Cấu kiện chịu xoắn tự do 21

2.1.1 Phân tích đàn hồi 21

2.1.2 Phân tích phá hoại dẻo 22

2.2 Cấu kiện chịu xoắn kiềm chế 25

2.2.1 Phân tích đàn hồi 25

2.2.2 Phân tích phá hoại dẻo 41

2.3 Cấu kiện chịu uốn 44

2.3.1 Cấu kiện chịu uốn phẳng ở trạng thái đàn hồi 44

2.3.2 Cấu kiện chịu uốn phẳng ở trạng thái dẻo 54

2.4 Thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn 57

2.4.1 Phân loại mặt cắt ngang 57

2.4.2 Điều kiện kiểm tra dầm chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu 60

2.4.3 Trình tự tính toán, thiết kế 73

CHƯƠNG III VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 74

3.1 Ví dụ 1 74

3.2 Ví dụ 2 80

3.3 Ví dụ 3 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

Bảng 2.1 Các biểu thức của , ’, ” và ”’ 30

Bảng 2.4 Tỷ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

Bảng 2.5 Tỷ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

Bảng 2.6 Phân loại đường cong mất ổn định với các tiết diện

Bảng 2.7 Giá trị kiến nghị của đường cong mất ổn định uốn

Bảng 2.8 Hệ số sai lệch cho các đường con cường độ mất ổn

Bảng 2.10

Giá trị của các hệ số C C1, 3ứng với tỉ số của momen

 biên phụ thuộc vào hệ số k z, f và kw Đối với hệ

số của dầm đơn giản chịu uốn trong mặt phẳng

1

y

k  , chị xoắn k w 1

69

Bảng 2.11

Giá trị các hệ số C C C1, 2, 3đối với các trường hợp tải trọng ngang khác nhau phụ thuộc và hệ số

w

, k , k

y z

k và các hệ số f và k wt

70

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Hình 1.2 Xoắn tự do ( momen xoắn không đổi và đầu dầm là tự

Hình 1.8 Ứng suất tiếp do xoắn tự do lên mặt cắt ngang thành

Hình 1.13 Sự xoay của một đường thẳng song song với trục xoắn 17

Hình 1.15 Bi momen và ứng suất trong phần tử mặt cắt tiết diện

Hình 2.3 Phân bố ứng suất tiếp do xoắn tự do ở trạng thánh hình

Hình 2.5 Dầm siêu tĩnh chịu xoắn kiềm chế 27

Hình 2.6 Biểu đồ A, cho  trường hợp 3: Momen tập trung T tác

Hình 2.7 Biểu đồ B cho ” trường hợp 3: Momen tập trung T tác

Hình 2.8

Biểu đồ C, cho  (Trường hợp 4: Momen xoắn phân bố đều T, Trường hợp 3: Tổ hợp đối xứng của các tải trọng điểm tại các điểm phần ba và phần tư)

37

Hình 2.9

Biểu đồ D, cho ” (Trường hợp 4: Momen xoắn phân

bố đều T, Trường hợp 3: Tổ hợp đối xứng của các tải trọng điểm tại các điểm phần ba và phần tư)

38

Hình 2.10

Biểu đồ E, cho  và ” của dầm công xôn bị vênh ở gối

tự ( Trường hợp 7: momen tác dụng T không ở đầu tự

do, trường hợp 8: momen phân bố đều)

39

Hình 2.11 Biểu đồ F, cho  và  ( trường hợp 10: momen phân bố

Hình 2.12 Bi momen và ứng suất trong phần tử có mặt cắt ngang

Hình 2.18 Sự phân bố ứng suất tiếp của mặt cắt ngang hình chữ

thành mỏng hở Hình 2.20 Sự phân bố của dòng ứng suất tiếp trong tiết diện chữ I 52

Hình 2.22 Quan hệ giữa biến dạng và ứng suất của kết cấu thép

Hình 2.26

Ý nghĩa của các đại lượng và quy ước dấu dưới tác

1

PHẦN MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Trong những năm trở lại đây, sự phát triển về mật độ và quy mô xây dựng rất nhanh, kết cấu thép với những ưu điểm về khả năng chịu lực lớn, cấu trúc đơn giản, trọng lượng nhẹ, dễ dàng vận chuyển, thi công và sửa chữa … ngày càng được thiết

kế và thi công rộng rãi

Cùng với chính sách mở cửa hội nhập của nhà nước Đã và đang thu hút sự đầu

tư từ các tập đoàn kinh tế trên thế giới Rất nhiều công trình có vốn đầu tư nước ngoài đã và đang được xây dựng ở Việt Nam Nhiều công trình đã được thiết kế và thi công theo tiêu chuẩn Châu Âu, Mỹ …Trong xu thế hội nhập và phát triển hiện nay việc hiểu biết và vận dụng tiêu chuẩn của các nước tiên tiến là rất cần thiết Hiện nay, khi thiết kế kết cấu chúng ta thường bỏ qua hoặc đơn giản hóa việc tính toán thiết kế xoắn Do đó không phải ánh đúng sự làm việc của kết cấu, dẫn đến việc mất an toàn kết cấu Trong TCVN 5575:2012 cũng chưa đề cập cụ thể về vấn đề này Cần có thêm các nghiên cứu về bài toán xoắn

Vì vậy tôi đã chọn đề tài “ Tính toán thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu”

 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đại cương về cấu kiện dầm thép chịu xoắn, uốn xoắn trong kết cấu công trình

Phương pháp và các công thức tính toán, thiết kế cấu kiện chịu uốn xoắn trong tiêu chuẩn Vận dụng phương pháp và công thức tính toán của tiêu chuẩn Châu Âu

để tính toán thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn

 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Cấu kiện dầm thép chịu uốn xoắn

 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đề ra phương pháp tính toán thiết kế dầm thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu

Ý nghĩa thực tiễn: Khi áp dụng phương pháp tính toán dầm thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu vào tính toán thiết kế kết cấu sẽ tránh được việc bỏ qua hoặc đơn giản hóa việc tính xoắn Qua đó sẽ đánh giá đầy đủ hơn các ứng xử của kết cấu, làm tăng độ an toàn khi tính toán kết cấu

95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với mong muốn được đóng góp những kiến thức đã tích lũy được trong quá trình học tập, nghiên cứu trong nhà trường vào trong thực tiễn, tác giả đã lựa chọn

và cố gắng trong việc hoàn thành đề tài luận văn “ Tính toán thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu” Tuy thời gian thực hiện và khả năng có hạn nhưng đã giải quyết được đầy đủ mục tiêu đề ra và có nhứng đóng góp cụ thể sau đây:

- Đã khái quát được cơ sở lý thuyết tính toán , thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu

- Xây dựng trình tự tính toán cho bài toán thiết kế cấu kiện dầm thép chịu uốn xoắn

KIẾN NGHỊ

Phương pháp tính toán toán uốn xoắn theo tiêu chuẩn châu Âu có tính thực hành cao, có thể sử dụng trong thiết kế hoặc kiểm tra tiết diện hợp lý của cấu kiện

Hiện nay tiêu chuẩn Mỹ, tiêu chuẩn Châu Âu đã giới thiệu rất cụ thể và chi tiết phương pháp tính toán uốn xoắn Nhưng tại Việt Nam vẫn chưa đưa vào trong các tiêu chuẩn tính toán, tài liệu thiết kế cũng chưa đề cập cụ thể dầm thép chịu tác động của uốn xoắn Cho nên tôi kiến nghị cần sớm đưa bài toán phân tích uốn xoắn và tiêu chuẩn hoặc có chỉ dẫn tính toán để thuận lợi cho các kỹ sư thiết kế

96

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi (2011), Sức bền vật liệu

tập 2, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội

2 A.F Hughes, David C lles, A.S Malik(2011), Design of Steel Beams in

Torsion: In Accordance with Eurocodes and the UK National Annexes, by

SCI, Silwood Park, Ascot, Berkshine SL5 7QN UK

3 D.A.Nethercor, P.R Salter, A.S Malik(1989), Design of Menbers subject

to Combined Bending and Torsion, by The Steel Construction Institute

Silwood Park

4 N.S.Trahair,M.A.Bradford,D.A Nethercot, and L Gardner (2008), The

behaviour and design of steel structures to EC3, by Taylor & Francis

2 Park Square, Milton Park, Abingdon, Oxon OX14 4RN

5 Eurocode3(16 April 2014), Design of steel structures, European Committee for

Standardization (CEN)