Sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh trong phân tích tĩnh kết cấu khung có nút liên kết đàn hồi (tóm tắt)

Vì thế, việc sử dụng liên kết đàn hồi tại nút khung trong phân tích tính toán kết cấu sẽ làm cho nội lực trong hệ phân bố một cách hợp lý hơn, phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu, t

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGÔ ĐÌNH TÙNG

SỬ DỤNG MA TRẬN ĐỘ CỨNG HIỆU CHỈNH TRONG

PHÂN TÍCH TĨNH KẾT CẤU KHUNG

CÓ NÚT LIÊN KẾT ĐÀN HỒI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 2

NGÔ ĐÌNH TÙNG KHÓA: 2018 – 2020

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng

Mã số: 8.58.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN THỊ THÚY VÂN

Hà Nội – 2020

Trang 3

NGÔ ĐÌNH TÙNG KHÓA: 2018 – 2020

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng

Mã số: 8.58.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN THỊ THÚY VÂN

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội – 2020

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong khoa Sau đại học cùng với các thầy giáo, cô giáo các khoa, bộ môn đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa học

2018 - 2020

Đặc biệt tôi cảm ơn cô TS Trần Thị Thúy Vân, người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn đã tạo mọi điều kiện, dành nhiều thời gian, nhiệt tình giúp đỡ cũng như giới thiệu đầy đủ các tài liệu để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Sức bền – Kết cấu trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô trong tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Tôi xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn hạn chế, thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong quá trình làm việc sau này

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Học viên

Ngô Đình Tùng

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ này 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

Học viên

Ngô Đình Tùng

Trang 6

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục ………

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU……… 1

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

* Cấu trúc luận văn 3

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU KHUNG PHẲNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TĨNH HỆ KHUNG PHẲNG CÓ LIÊN KẾT ĐÀN HỒI 5

1.1 Tổng quan về sử dụng của khung phẳng trong kết cấu công trình 5

1.2 Các phương pháp phân tích tĩnh hệ khung phẳng có liên kết đàn hồi 13

1.2.1 Các phương pháp giải tích 13

1.2.2 Các phương pháp số 26

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH PHÂN TÍCH TĨNH HỆ KẾT CẤU KHUNG PHẲNG CÓ LIÊN KẾT ĐÀN HỒI SỬ DỤNG MA TRẬN ĐỘ CỨNG HIỆU CHỈNH 31

2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn trong hệ khung phẳng 31

2.1.1 Nội dung tổng quát phương pháp phần tử hữu hạn trong hệ khung phẳng 31

2.1.2 Trình tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp PTHH 33

2.2 Phân tích tĩnh khung phẳng có liên kết đàn hồi sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh 36

Trang 7

2.2.1 Thiết lập ma trận độ cứng hiệu chỉnh trong phân tích tĩnh hệ khung

phẳng có liên kết đàn hồi 36

2.2.2 Quy trình phân tích tĩnh khung thép phẳng có liên kết đàn hồi 46

2.23 Quy trình phân tích khung phẳng có liên kết đàn hồi 54

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 55

3.1 Thiết lập bài toán phân tích nội lực chuyển vị cho khung thép phẳng một tầng, một nhịp 55

3.2 Khảo sát nội lực của khung phẳng khi kể đến độ đàn hồi của liên kết 67

3.3 So sánh kết quả nội lực của khung phẳng khi chưa kể đến độ đàn hồi của liên kết với phần mềm Sap2000 68

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Trang 8

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Hình 1.1 Khung với một hoặc hai hệ thống dầm 5 Hình 1.2 Công trình nhà có hệ khung chịu lực 6 Hình 1.3 Kết cấu khung sử dụng trong nhà công nghiệp 6 Hình 1.4 Kết cấu khung thép nhà công nghiệp 7

Hình 1.6 Ví dụ về công trình sử dụng khung thép 9 Hình 1.7 Ví dụ về khung phẳng 10 Hình 1.8 Khung thép phẳng có liên kết đàn hồi 11 Hình 1.9 Khung thép phẳng 2 tầng 2 nhịp có liên kết đàn hồi 11 Hình 1.10 Ví dụ về hệ khung siêu tĩnh 13 Hình 1.11 Ví dụ về thiết lập hệ cơ bản trong hệ siêu tĩnh 14 Hình 1.12 Ví dụ về sơ đồ tính khung có liên kết đàn hồi 20 Hình 1.13 Hệ cơ bản của khung có liên kết đàn hồi 20 Hình 1.14 Ví dụ về hệ siêu động và hệ xác định động 22

Hình 1.15 Ví dụ về cách thiết lập HCB trong phương pháp

Hình 1.16 Ví dụ về hệ khung có liên kết đàn hồi 25 Hình 1.17 Hệ cơ bản của ví dụ trong hình 1.15 26

Trang 9

Hình 2.1 Khung thép phẳng có liên kết đàn hồi 2 tầng 1 nhịp 37 Hình 2.2 Phần tử dầm với các liên kết đàn hồi 38

Hình 2.5 Khung thép phẳng chịu liên kết đàn hồi 46

Hình 2.6 Sơ đồ khối chương trình tính nội lực và chuyển vị

bằng phương pháp phần tử hữu hạn 54

Hình 3.1 Ví dụ tính toán nội lực và chuyển vị của khung thép

phẳng kể đến độ đàn hồi của liên kết 55

Hình 3.2 Ví dụ tính toán nội lực và chuyển vị của khung thép

phẳng kể đến độ đàn hồi của liên kết 68

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Bảng 3.1 Kết quả momen M (kN.m) của khung

phẳng khi kể đến độ đàn hồi của liên kết

67

Trang 10

1

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Trong tính toán và phân tích kết cấu công trình việc lựa chọn mô hình tính toán phù hợp là một bước rất quan trọng, cho kết quả tính toán chính xác so với

sự làm việc thực tế của kết cấu Đối với kết kết cấu khung phẳng,ví dụ- như kết cấu khung thép phẳng, để đơn giản tính toán người ta coi nút liên kết giữa dầm và cột là liên kết cứng hoặc liên kết khớp hoàn toàn Khi giả thiết là liên kết cứng đã bỏ qua độ đàn hồi của liên kết Trong trường hợp là liên kết cứng thì mô men đạt giá trị lớn nhất ở vị trí gối Ngược lại, trong trường hợp giả thiết liên kết giữa dầm và cột là liên kết khớp thì mô men lớn nhất đạt tại vị trí giữa nhịp dầm, mô men tại gối bằng không Nếu sử dụng liên kết đàn hồi sẽ phân phối lại mô men tại nhịp và gối Nói cách khác mô men lớn nhất tại gối và nhịp

sẽ được giảm đi Vì thế, việc sử dụng liên kết đàn hồi tại nút khung trong phân tích tính toán kết cấu sẽ làm cho nội lực trong hệ phân bố một cách hợp lý hơn, phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu, từ đó giảm được kích thước tiết diện trong hệ kết cấu, giảm giá thành sản phẩm công trình

Trong các tiêu chuẩn Eurocode của châu Âu, hoặc tiêu chuẩn ASCE của

Mỹ đã có những chỉ dẫn cụ thể kể đến độ đàn hồi của liên kết Tuy nhiên, trong các tài liệu chỉ dẫn tính toán cũng như các tiêu chuẩn tính toán cho kết cấu khung phẳng đều chưa có những chỉ dẫn xét tới độ đàn hồi của nút liên kết một cách cụ thể Do đó, trong tính toán kết cấu khung phẳng sẽ gặp những khó khăn nhất định

Để kể đến độ đàn hồi của liên kết có thể sử dụng nhiều phương pháp tính toán khác nhau Các phương pháp giải tích như phương pháp lực hay phương pháp chuyển vị có thể giúp giải quyết được nếu sơ đồ hình học cũng như tải

Trang 11

2

trọng tác dụng lên khung không quá phức tạp Đối với những sơ đồ khung có hình dạng phức tạp thì sẽ gặp những khó khăn nhất định về mặt tính toán Với

sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như sự phát triển của các phương pháp số thì việc kể đến độ đàn hồi của liên kết có thể được giải quyết một cách triệt để mà không gặp các trở ngại về mặt toán học Vì vậy, trong luận văn này, học viên chọn đề tài “Sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh trong phân tích tĩnh kết cấu khung có nút liên kết đàn hồi” để hoàn thành luận văn

* Mục đích nghiên cứu của đề tài

Phân tích nội lực và chuyển vị khung phẳng có kể đến độ đàn hồi của liên kết bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh; Thiết lập quy trình tính toán nội lực và chuyển vị của kết cấu khung phẳng bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh Khảo sát sự ảnh hưởng của độ đàn hồi liên kết tới kết quả tính toán nội lực

và chuyển vị từ đó đưa ra một số khuyến nghị cần thiết

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khung phẳng

Phạm vi nghiên cứu: Kết cấu khung phẳng chịu tải trọng tĩnh, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi

* Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu các phương pháp tính toán cũng như các mô hình tính toán kết cấu khung phẳng để phân tích nội lực và chuyển vị trong hệ Trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn và

mô hình tính toán có kể đến độ đà hồi của nút liên kết

Sử dụng phần mềm ứng dụng MathCad (Matlab) lập trình giải một số các

Trang 12

3

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Đưa ra những kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của độ đàn hồi liên kết tới kết quả tính toán nội lực và chuyển vị của hệ kết cấu khung phẳng

Các kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong việc phân tích kết cấu công trình

* Cấu trúc luận văn của đề tài

Ngoài phần mở đầu và kết luận nội dung chính của luận văn gồm có ba chương:

- Chương I: Tổng quan về kết cấu khung phẳng và các phương pháp phân

tích tĩnh hệ khung phẳng có liên kết đàn hồi

1.1.Tổng quan về sử dụng của khung phẳng trong kết cấu công trình 1.2.Các phương pháp phân tích tĩnh hệ khung phẳng có liên kết đàn hồi 1.2.1.Các phương pháp giải tích

1.2.2.Các phương pháp số

- Chương II: Quy trình phân tích tĩnh hệ kết cấu khung phẳng có liên kết

đàn hồi sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh

2.1.Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn trong hệ khung phẳng

2.1.1.Nội dung tổng quát phương pháp phần tử hữu hạn trong hệ khung phẳng

2.1.2.Trình tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp PTHH 2.2 Phân tích tĩnh khung phẳng có liên kết đàn hồi sử dụng ma trận độ cứng hiệu chỉnh

2.2.1.Thiết lập ma trận độ cứng hiệu chỉnh trong phân tích tĩnh hệ khung phẳng có liên kết đàn hồi

Trang 13

4

2.2.2.Quy trình phân tích tĩnh khung phẳng có liên kết đàn hồi

2.2.3.Quy trình phân tích tĩnh khung phẳng có liên kết đàn hồi

- Chương III: Ví dụ tính toán

3.1 Thiết lập bài toán phân tích nội lực chuyển vị cho khung thép phẳng một tầng, một nhịp

3.2.Khảo sát nội lực của khung phẳng khi kể đến độ đàn hồi của liên kết 3.3.So sánh kết quả nội lực của khung phẳng khi chưa kể đến độ đàn hồi của liên kết với phần mềm Sap2000

Trang 14

THÔNG BÁO

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

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 15

75

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:

Trong luận văn, tác giả đã tìm hiểu và phân tích bài toán kết cấu khung phẳng và khảo sát nội lực của khung thép phẳng khi kể đến độ đàn hồi của liên kết

Tác giả đã trình bày về kết cấu khung thép phẳng khi kể đến độ đàn hồi của liên kết và thiết lập trình tự tính toán khung phẳng bằng phần mềm Mathcad

Trong luận văn, tác giả đã tìm hiểu và áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, là một phương pháp số hiệu quả để giải quyết bài toán tính toán kết cấu khung phẳng chịu liên kết đàn hồi

Tác giả đã tìm hiểu và phân tích một số các phương pháp giải bài toán khung phẳng chịu liên kết đàn hồi và thấy rằng phương pháp phần tử hữu hạn trong việc giải quyết vấn đề mà đề tài đặt ra là bài toán phân tích nội lực và chuyển vị của khung phẳng chịu liên kết đàn hồi là hiệu quả

Trong luận văn, tác giả đã viết chương trình tính nội lực và chuyển vị của khung phẳng chịu liên kết đàn hồi dựa vào phương pháp phần tử hữu hạn và áp dụng phần mềm tính toán Mathcad- một phần mềm có giao diện dễ sử dụng và thân thiện với người đọc, cho kết quả tường minh, hình ảnh thể hiện rõ ràng, kết quả nhanh chóng Các kết quả tính nội lực và chuyển vị khung phẳng bằng chương trình thiết lập trong luận văn hoàn toàn trùng khớp với kết quả tính toán bằng phần mềm SAP2000

Trang 16

76

KIẾN NGHỊ:

Tiếp tục nghiên cứu và triển khai phương pháp phần tử hữu hạn trong bài toán phân tích nội lực và chuyển vị phức tạp hơn và chịu tải trọng bất kỳ hoặc chịu tải trọng ngang

Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tính toán phân tích nội lưc và chuyển vị hệ khung chịu lực phức tạp, chịu tải trọng và có điều kiện bất kỳ

Trang 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Vũ Quốc Anh (2002), Phương pháp tính nội lực và chuyển vị khung thép

có xét đến độ đàn hồi của liên kết, Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị

cơ học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội 11/2002, tr 45-51

2 Vũ Quốc Anh , Tính toán và thiết kế khung thép liên kết đàn hồi

3 Vũ Quốc Anh, Nguyễn Trâm (2002), Hiệu quả kinh tế khi thiết kề khung

thép có xét đến độ đàn hồi của liên kết, Tuyển tập công trình khoa học, Hội

nghị cơ học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội 11/2002, tr 603-609

4 Bộ xây dựng (2012) TCVN 5575 : 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế

5 Phạm Đinh Ba, Nguyễn Tai Trung, Động lực học công trình, NXB

KH&KT,2005

6 Nguyễn Đình Cống, Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép

7 Nguyễn Hoài Sơn, Lê Thanh Phong, Mai Đức Đãi, Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kết cấu

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

nửa cứng phi tuyến, Luận văn Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc hà Nội,

Hà Nội

9 Nguyễn Thời Trung, Nguyễn Xuân Hùng , Phương pháp phần tử hữu hạn

sử dụng Matlab

10 Trần Ích Thịnh , Ngô Như Khoa, Phương Pháp phần tử hữu hạn

11 Lều Thọ Trình (2006), Cơ học kết cấu tập 1- hệ tĩnh định,NXB Khoa

học kỹ thuật, Hà Nội

12 Lều Thọ Trình (2006), Cơ học kết cấu tập 2 - hệ siêu tĩnh, NXB khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội

13 Chu Quốc Thẳng, Phương pháp Phần tử Hữu Hạn, NXB Khoa học &kĩ

thuật, 1997

Trang 18

68

Tiếng Anh

14 B S.Dhillon and J.W.O’Malley Interactive Design of Semirigid Steel Frames Journal of

15 David ANDERSON, David A.NETHERCOT, Frans BIJLAARD, Riccardo ZANDONINI, Analysis and design off stell frames with semi-rigid connections

16 Guo Hua Li, Cheng Zhi Qi, Jian Luo: Nonlinear Finite Element Analysis

of Steel Frame with Semi-Rigid Connections

17 G.R Monforton and T.S.Wu.Matric analysis of semi-rigidly connected frame.Journal of Structural Division, ASCE, vol.89(1963),ST6,p.13

18 E Lightfoot and A.P.Le Messurier Elastic analysis of frameworks with elastic connections.Journal of Structural Division, ASCE, vol

100(1974), ST6, p.1297

19 M.E.Kartal, H.B Başağa & A Bayraktar, M Muvafık, Effects of

Semi-Rigid Connection on Structural Responses

20 Wai-fah chen, Norimitsu kishi, Masato komuro, Semi-rigid connections

handbook,tr 46-50

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1 MB