Bài giảng Kết cấu thép: Chương 4 - Hồng Tiến Thắng

Bài giảng Kết cấu thép: Chương 4 Dầm thép do Hồng Tiến Thắng biên soạn cung cấp kiến thức như: Khái niệm chung, thiết kế dầm định hình, thiết kế dầm ghép,...Đây là tài liệu học tập và giảng dạy dành cho sinh viên ngành tham khảo.

Trường đại học thuỷ lợi Khoa công trình

Bộ môn kết cấu công trinh

=======

1

GVHD: Hồng Tiến Thắng

Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh

http://www.mediafire.com/thang.kcct

Nội dung mụn học

• Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thộp

Ch 2 Liờ kết hà

• Chương 2: Liờn kết hàn

• Chương 3: Liờn kết Bulụng

• Chương 4: Dầm thộp

• Chương 5: Cột thộp

• Chương 6: Dàn thộp

2

+ Bài tập nộp:

http://www.mediafire.com/thang.kcct

 4.1 Khỏi niệm chung

 4.2 Thiết kế dầm định hỡnh

 4.3 Thiết kế dầm ghộp

3

GVHD: Hồng Tiến Thắng

http://www.mediafire.com/thang.kcct

4.1 Khỏi niệm chung 4.1.1 Phân loại dầm:

• Định nghĩa: dầm là phân tố chủ yếu chịu uốn

• Định nghĩa: dầm là phân tố chủ yếu chịu uốn.

- Tiết diện : thường dùng tiết diện chữ I, vì W/F = lớn

• Phân loại:

- Dầm định hình: Chế tạo sẵn trong nhà máy, theo kích thước quy định

- Dầm ghép: Tiết diện ghép bằng các tấm thép, dùng liên kết

4 hàn , đinh tán

http://www.mediafire.com/thang.kcct

Ưu điểm Chế tạo nhanh,

cấu tạo đơn giản,

liên kết đơn giản, chi phí không cao

Nhược điểm

Dầm định hình

Chiều dày bản bụng bquá lớn

so với yêu cầu chịu lực

Dầm ghép

Kích thước tuỳ chọn  Khả năng chịu lực lớn

Tiết diệ ủ dầ ó thể th đổi hù hợ

Thiết kế phức tạp, Chế tạo tốn công

Tiết diện của dầm có thể thay đổi phù hợp

với biểu đồ M

 tiết kiệm vật liệu

Chỉ khi nào không thể dùng được dầm định hình mới dùng dầm ghép

Do EJy<< EJxnên dầm => dễ

bị mất ổn định tổng thể

4.1.2 Nguyên tắc tính toán:

• Trạng thái giới hạn 1:

- Cường độ  = M/Wth R ổ

- ổn định M/Wng th = dR

• Trạng thái giới hạn 2:

- Độ võng ftc/L  1/n0

4.1.3 Cách bố trí hệ dầm:

kiểu đơn giản kiểu phổ thông kiểu phức tạp

Liên kết dầm phụ với dầm chính có 2 cách :

+ Dầm phụ đè lên dầm chính

+ Dầm phụ đặt bằng mặt với dầm chính

Van cung dầm chính kiểu dầm L=7,5m H=5m

-Từ sơ đồ kết cấu thực tế

4.2 Thiết kế dầm định hỡnh

4.2.1 Chọn tiết diện:

thiết lập sơ đồ tính toán

6x5m M

-Vẽ biểu đồ M và Q -Xác định mômen chống uốn yêu cầu mR

M

W yc  max

-Căn cứ vào bảng tra thép chọn số hiệu thép có: Wx> Wyc

Q

• Kiểm tra điều kiện bền

Ưng suất pháp:   M  mR

4.2.2 Kiểm tra tiết diện chọn:

W th 



b x

J S





 max

Kiểm tra ứng suất cục bộ:

mR

P 





Z = b +2h1

mR Z b





Gia cố khi ưs cục bộ lớn ??

Đặt sườn chống

• Kiểm tra về độ võng (độ cứng):

0

1

n l

f TC



• Kiểm tra ổn định tổng thể :

L

- Hiện tượng

P nhỏ dầm chỉ uốn quanh trục X

dầm o chỉ uốn quanh trục X

P lớn

=> Làm cho dầm bị vênh, vặn vỏ dỗ  mất ôđ tổng thể

còn uốn quanh trục y

và còn bị xoắn

-Điều kiện để dầm không bị mất ổn định tổng thể

mR W

M ng d









2

X

J  







o

Y

h J



2 0

54 ,













h

L J J y xoan



y

lo

lo

y

lo

lo

J xoan : Bảng 4.5 (trang 66)





J y

Giải phỏp xử lý khi mất ễĐTT ??

L

Giảm L0 Tăng Jy

L

Mở rộng bản cánh

M<0,85Mmax 0,85Mmax<M<Mmax Tải trọng nhỏ

Dùng đường hàn Dùng đường hàn chỉ dùng

có 3 cách

4.2.3 Nối dầm định hình:

đối đầu

đối đầu kết hợp bản ghép

g bản ghép

ớ h h

h N

N Tớnh như

đh đối đầu

chịu MQ

M=Mdh+ Mbg

Mdh= W.Rk

bg = M - M dh

N=M/h

Đh gúc chịu lực dọc

Ví dụ: Kiểm tra dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều q tc = 20 kN/m,

nq = 1,3 Tiết diện chữ IN 0 40 có các đặc trưng hình học:

Jx= 18930 cm 4 Jxoắn= 40,6 cm 4

R = 2100 daN/cm 2 Rc = 1300 daN/cm 2 , m =1, 1/n0=1/600

I

IN 0 40

-Kiểm tra cường độ :

q = nq qtc=26kN/m

4

max

2

max

117.10

947

78.10 540 278 13 / 1300 /

th

x

M

W

- Kiểm tra cường độ:

18930.0,8

x

c

x b

Q

J





- Kiểm tra độ võng:

600

1 n

1 706

1 18930 10 1 , 2 600 20 384

5 J E L q 384

5 L

f

o 6

3 x

3 tc tc











- Kiểm tra ổn định tổng thể :

R W

M ng d









12 , 21 40

600 666 6 , 40 54 , 1

54 , 1

2 2































h

L J

y

xoắn



12 5 16 12



 Bảng 4.2 (trang 64)

12 , 5 16 12 ,





35 , 3 12 , 5 8

99 , 2 55 , 3 99 ,





16 2,99

24 3,55

3 666 40

18930 600

y d

J L

        

  4

18930 600 117.10

2357,8 ( / ) 2100( / ) 0,524.947

d

J L M

W





 

 Dầm bị mất ổn định tổng thể

* Xỏc định chiều cao tiết diện h

Fc

4.3 Thiết kế dầm ghộp

4.3.1 Xác định chiều cao của dầm ghép:

Điều kiện kinh tế

hmin

hkt

h = max(hkt, hmin)

- Chiều cao nhỏ nhất h min

F b

Điều kiện độ cứng

1

f 

Từ điều kiện độ võng tương đối:

o n

L 

Từ điều kiện độ võng tương đối:

Với dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều:

3

(*) 384

tc tc

f

L



Với:

2

h R

M 2

h W

yc

2

p q

.

tc p tc q

p p n

q q n





 

  Thay vào (*)

min 5 24

R L n h







 

- Chiều cao kinh tế h kt

Là chiều cao mà dầm có diện tích nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo

chịu lực (W = const)

+ Nếu h   Fc ; Fb( vì W = const )

+ Nếu h   Fc ; Fb

C1: Vẽ biểu đồ quan hệ giữa diện tích

tiết diện (F) và chiều cao dầm (h)

Chiều cao kinh tế của dầm (hkt) là giá trị ứng với Fmin

C2: F = f(h) = Fb+ 2Fc ;  0 

dh

dF

cực trị = hkt

http://www.esnips.com/web/Thamkhao 19

kt 1,5 W

h   trong đó đã biết

bchọn: 70  80 : dầm không sườn

100  160 : dầm có sườn

R M Wyc max

* Chiều cao của dầm: h = max (h kt , h min )

Fc

Fb

4.3.2 Chọn tiết diện của dầm ghép:

* Chiều cao bản bụng của dầm: h b = 0,95h (lấy trũn bội số 50 mm)

ề

* Chiều dày bản bụng b :

c b x

R

J Qs 







c b

R h

Q

2

3

1 



- Theo điều kiện chống cắt: (bản bụng chịu toàn bộ lực cắt)

- Theo điều kiện độ mảnh bản bụng:

b

b b

h



2

=> Chiều dày bản bụng được xác định: b = max ( b1 ,  b2 )

b



(bđã được chọn khi xác định hkt)

Từ mụ men chống uốn yờu cầu:































2 3

2 2 12 2

c c b b x

yc

h b h

h h

J

a 1

* Chiều rộng bản cỏnh của dầm:

- Theo điều kiện cường độ:



 12 c c 2

thay: hc= hb+ c; h = hb+ 2c





6b c c

2 3 ) (

6 /

c b c

b b yc c h

h h W b













Th điề kiệ ổ đị h bộ

- Theo điều kiện ổn định cục bộ:

1

2100 2100

c



    Với:

2

1 c b

b



Có thể thay đổi chiều rộng bc, dày ccủa bản cánh, nhưng giữ nguyên F

a 1

* Chiều dày bản cỏnh của dầm:

mm h

c0.02 (2040)



Tương tự như kiểm tra tiết diện dầm định hình

mR W M th



 max

b x

J S





 max

4.3.3 Kiểm tra tiết diện đ∙ chọn:

* Kiểm tra cường độ:

.

mR



2 3 



* Kiểm tra độ cứng (độ võng) :

z P n

b



 với z = b + 2c và n = 1

tc tc

Tổng hợp:

o x

tc tc

tc

n L k J

E

p q

L

25 3 1 384

3







 



x o x J J J

Jx

∆ Xét đến sự thay đổi tiết diện

Dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều

o

J E 384

( Jo1Jx hoặc ho 0,4h )

6

* Liên kết giữa bản bụng và bản cánh:

Tại nơi tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: lực cắt trên một đơn vị dài

c

b QS

T    

x b J

T  

Khả năng chịu cắt của đường hàn:

g h h

T 2

c T

T



g h x

J S

x

c

QS h



2



* Kiểm tra ổn định tổng thể:

Cách kiểm tra nh− dầm định hình, J xoắn xác định nh− sau:

R W M ng d







3 3 , 1

c c b b

12

b 2 J

3 c

 ng

d









 











2 2 1 8

c c b b c

c o

b

h h

L









2 0 54 ,













h

L J J y xoan



Bảng 4.2 (trang 64) => 

22

X

J  







o

Y

h J





Hiện t−ợng mất ổn định cục bộ

I I

* Kiểm tra ổn định cục bộ:

b

Hiện t−ợng từng phần của bản mỏng bị uốn cong nh− trên gọi là hiện t−ợng mất ổn định cục bộ

Nguyên nhân

Ứng suất tới hạn < ứng suất chảy

Nguyờn nhõn

I II III M

Q

Xuất hiện 3 vùng

I – Q lớn , M 0 ()

III– M lớn Q 0 ( )

.

ƯS tới hạn > c ƯS tới hạn = c ƯS tới hạn < c

Tấm bị phỏ hoại

bởi cường độ

Tấm bị phỏ hoại bởi cường độ

Tấm bị mất ụđcb trước khi

II– M,Q đều khá lớn ( -)

g ộ

trước khi bị mất

ụđcb

g ộ đồng thời bị mất ụđcb bị phỏ hoại bởi cường độ

nguy hiểm khú nhận biết sớm phỏ hỏng kết cấu

Công thức xác định ứng suất tới hạn trong tấm chữ nhật :

ho δ

Theo lý thuyết ổn định

th Tỉ lệ thuận với chiều dày ,

Tỉ lệ nghịch với bề rộng bản h o

phụ thuộc vào liên kết xung quanh chu vi Ko

σth

Cụ thể cho 3 mô hình liên quan đến dầm:

d

 c

ho



ho







3 2

95 , 0 25 ,









d

th







d c



d – Cạnh ngắn

3 2

10 100 08 ,

0  



o





daN/cm 2

2 3 2

/ 10 100

cm daN h

K

o o

th   



Ko phụ thuộc liên kết chu vi

a ổn định cục bộ của bản cánh

a 1



q

F= q

c

a1

2 3

1

100 0,08.10 c .



Để cánh nén của dầm không bị mất ổn định cục bộ thì:th c

Xét tới á ế tố

c

2 / 2400 10

.

100

08

,

2

1

cm daN a

c 



257 , 18

1 

c

a



Xét tới các yếu tố:

+Thực tế liên kết giữa bản cánh và bản bụng không phải hoàn ngàm cứng

+Trong bản cánh ngoài ứng suất pháp còn có ứng suất tiếp

+ Bản cánh không hoàn toàn phẳng

+ Thép khác thép CT3

R

a1 15 c 2100

b ổn định cục bộ của bản bụng

I II III M

Xuất hiện 3 vùng

I – Q lớn, M 0 ()

Q III – M lớn Q 0 ( )

II – M,Q đều khá lớn ( -)

.Mất ổn định do ứng suất tiếp  - vùng I

hb

3 2

2 100 10 95

, 0 25 ,

















 



d b th







b h

L Ngan Dai 





3 2 b

b

h

100 25 ,

1   





 L

2400 6 , 0 6 , 0 3 10

100

25

,

2

















b

b

th



90 1440 10 100 25 ,







b

b b

h





Điều kiện ÔĐCB do ứng suất tiếp

70 h

b

b 



b

R h

b

b 70 2100



QP

Khi => gia cố bằng sườn đứng

amax= 2hb nếu b= hb/b>100

a max = 2,5h b nếu  b = h b / b  100

s

bs

s

b bs

Mất ổn định do ứng suất pháp 

M M

2 3

2 / 10 100

cm daN h

K b

b o

th   



với Ko = f()

3











b c b

c h

b C







Tấm cứng

hb δb





C- hệ số phụ thuộc liên kết cánh nén với các bộ phận khác

o

2 / 2400 10

2

cm daN h

b

b o



Bụng dầm không bị mất ổn định cục bộ khi





Ko min = 6,3

b b

h

2100 160 h b

b 



QP





160

b

b

h

 

gia cố sườn dọc 



Mất ổn định do tác dụngliên hợpcủa ứng suất pháp và tiếp (  , )

m

2 b

2

b     



 

Điều kiện ổn định cục bộ được xác định bởi công thức

m th th







 







 

b b

Q



n x

J

M





2 1

a1 ≤ hb a2 ≥ hb

hb

yn

a≤ h b M lấy ở giữa ô.

a>h b M lấy ở giữa ô hình vuông có cạnh là h b và lấy lệch về phía mô mên lớn.

M

Q

Q1 M1

Q2 M2

Q luôn lấy ở giữa ô

với Ko = f()

3









 b c c



2 / 10

cm daN h

k

b

b

o

th   



m

2

th b 2

th

b   



















b b

h C





2 / 10 )

100 )(

95 , 0

25

,

1

d

b th





Ví dụ Xác định M để tính σb của ô số 4 với P=88KN

4

Vẽ biểu đồ M

2P

1,5m

hb

3P

, Z=1,5x4-0,5 = 5,5m