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

[r]

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 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

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

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 



Ưng suất tiếp : c

b x

J S





 max

Kiểm tra ứng suất cục bộ :

mR

P 





Z = b +2h1

mR Z

b

cb  





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

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

d l

h J



2 0

54 ,













h

L J J

y xoan



y

lo lo

y

lo lo Jxoan: 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

 M

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,

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

Jx= 18930 cm 4 Jxoắn= 40,6 cm 4

J y = 666 cm 4 S x = 540 cm 3

Wx= 947 cm 3 b= 0,8 cm

R = 2100 daN/cm 2 R c = 1300 daN/cm 2 , m =1, 1/n 0 =1/600

I

IN 0 40

q = nq qtc=26kN/m

4

max

2

max

117.10

947

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

18930 600

y d

        

4

18930 600 117.10

0,524.947

d

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





 

  Thay vào (*)

min 5 24

tc tc

o p q

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

3 b yc

kt 1,5 W

h   trong đó đã biết

bchọn: 70  80 : dầm không sườn

100  160 : dầm có sườn

R M

W yc 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













- Theo điều kiện ổn định cục bộ:

1

2100 2100

c



2

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

o mR J

S





4.3.3 Kiểm tra tiết diện đ∙ chọn:

.

mR



2 3 



z P n

b



 với z = b + 2c và n = 1

Dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều 3

tc tc

f    

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

k  J

∆

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

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

c

T    

x b

J

T  

Khả năng chịu cắt của đường hàn:

g h h

c

T



g h x

J S

x

c

h J R

QS h

 2



* Kiểm tra ổn định tổng thể:

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

d l

h J





Hiện t−ợng mất ổn định cục bộ

I I

 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

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

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



Ko phụ thuộc liên kết chu vi