Sườn tăng cường chịu lực là sườn tăng cường ngang được bố trí tại vị trí có phản lực gối và các tải trọng tập trung khác. Lực tập trung được truyền qua các bản biên và được đỡ bởi sự ép mặt lên đầu sườn tăng cường. Các sườn tăng cường chịu lực được liên kết với vách và đóng vai trò đường biên thẳng đứng để neo lực cắt từ hiệu ứng trường kéo.
Mặt cắt dầm thép cán
Sườn tăng cường chịu lực cần thiết cho vách của dầm thép cán tại các điểm có lực tập trung khi lực cắt có hệ số vượt quá
0, 75
u b n
V ≥ φV (8.21)
với φb là hệ số sức kháng đối với ép mặt được lấy từ bảng 1.1 và Vn là sức kháng cắt danh định được xác định trong chương 6.
Độ mảnh
Các sườn tăng cường chịu lực được thiết kế là những cấu kiện chịu nén chịu lực tập trung thẳng đứng. Chúng thường được cấu tạo bởi một hay nhiều cặp tấm chữ nhật bố trí đối xứng ở hai bên vách (hình 8.4). Chúng chạy dài trên toàn bộ chiều cao của vách và rộng gần như tới mép ngoài của các bản biên. Cạnh nhô ra của sườn tăng cường chịu lực phải đảm bảo yêu cầu sau về độ mảnh
0, 48
t
p ys
b E
t ≤ F (8.22)
trong đó, bt là chiều rộng của cạnh nhô ra, tp là chiều dày của cạnh nhô ra và Fys là cường độ chảy của sườn tăng cường.
Hình 8.4 Các mặt cắt nagng của sườn tăng cường chịu lực
Cường độ chịu ép mặt
Các đầu của sườn tăng cường chịu lực phải được mài nhẵn để có thể áp sát vào bản biên mà nó tiếp nhận lực, bản biên dưới tại gối tựa và bản biên trên đối với lực tập trung trung gian. Nếu các đầu không được mài thì chúng phải được liên kết với bản biên chịu lực bằng một đường hàn góc thấu hoàn toàn.
Diện tích chịu ép mặt hữu hiệu nhỏ hơn diện tích toàn bộ (nguyên) của sườn tăng cường vì đầu của sườn tăng cường phải được cắt vát để nhường chỗ cho đường hàn góc liên tục giữa vách và bản biên (mặt cắt A-A, hình 8.4). Sức kháng ép mặt dựa trên diện tích ép mặt hữu hiệu này và cường độ chảy Fys của sườn tăng cường là
r b pn ys
B =φ A F (8.23)
trong đó, Br là sức kháng ép mặt có hệ số, φb là hệ số sức kháng đối với ép mặt được lấy từ bảng 1.1 và Apn là diện tích hữu hiệu của phần sườn tăng cường nhô ra.
Sức kháng lực dọc trục
Sườn tăng cường chịu lực cùng với một phần vách kết hợp làm việc như một cột chịu lực nén dọc trục (mặt cắt B-B, hình 8.4). Diện tích hữu hiệu của mặt cắt cột được lấy bằng diện tích của tất cả các sườn tăng cường cộng với một dải vách có chiều rộng về mỗi phía sườn tăng cường ngoài cùng (nếu có nhiều cặp) không lớn hơn 9tw.
Do các sườn tăng cường chịu lực áp sát vào bản biên nên só sự cản trở quay ở hai đầu và chiều dài cột hữu hiệu hai đầu chốt KL có thể lấy bằng 0,75D, với D là chiều cao của vách. Mô men quán tính của mặt cắt cột được sử dụng trong tính toán bán kính quán tính được lấy đối với trục trọng tâm của vách. Người thiết kế thường, thiên về an toàn, bỏ qua phần đóng góp của vách khi tính mô men quán tính và lấy đơn giản là tổng các mô men quán tính của sườn tăng cường đối với cạnh tiếp giáp với vách.
Sức kháng lực dọc trục có hệ số Pr được tính từ
r c n
P =φP (8.24)
Với φc là hệ số sức kháng đối với nén, được lấy từ bảng 1.1 và Pn là sức kháng nén danh định được xác định trong chương 4.
VÍ DỤ 8.2
Chọn sườn tăng cường chịu lực cho mặt cắt chữ I được dùng trong ví dụ 6.3 và được biểu diễn trong hình 5.14 để chịu phản lực tập trung có hệ số Ru = 1750 kN. Sử dụng thép cấp 250 cho sườn tăng cường.
Độ mảnh
Khi chọn chiều rộng bt của sườn tăng cường chịu lực là 180 mm để đỡ chiều rộng bản biên bằng 400 mm như thường gặp trong thực tế, chiều dày tối thiểu đối với tp được xác định từ công thức
200000
0, 48 0, 48 13, 6
250
t
p ys
b E
t ≤ F = =
180 mm 13, 3 13, 6 13, 6
t p
t ≥ b = =
Chọn thử mỗi phần tử sườn tăng cường chịu lực là 15 mm × 180 mm.
Sức kháng ép mặt
Diện tích cần thiết của toàn bộ sườn tăng cường chịu lực có thể được tính từ công thức 8.23 đối với Br = 1750 kN, φb=1, 0 (mặt tiếp giáp được mài) và Fys = 250 MPa.
(1, 0) (250)
r b pn ys pn
B =φ A F = A mm2
1750.103
250 7000 Apn= =
Khi sử dụng hai cặp phần tử sườn tăng cường 15 mm × 180 mm ở hai bên vách (hình 8.4) và lấy khoảng trống từ vách tới đường hàn vào bản biên là 40 mm, diện tích ép mặt bằng
2 2
mm mm
4(15)(180 40)− =8400 >7000 , thoả mãn
Thử dùng sườn tăng cường chịu lực bao gồm bốn phần tử 15 mm × 180 mm được bố trí từng cặp ở hai bên vách. (Chú ý rằng, miếng cắt vát 45o với cạnh bằng 4tw ngăn ngừa sự phát triển ứng suất kéo ba trục bất lợi trong các đường hàn tại nơi giao nhau giữa vách, sườn tăng cường và bản biên.)
Hình 8.5 Sườn tăng cường chịu lực cho ví dụ 8.2
Sức kháng lực dọc trục
Khi khoảng cách giữa các cặp sườn tăng cường bằng 200 mm như trong hình 8.5, diện tích hữu hiệu của mặt cắt ngang cột là
4 s w(18w 200) A= A +t t +
mm2
4(15)(180) 10(180 200) 14600
A= + + =
và mô men quán tính của các phần tử sườn tăng cường lấy đối với đường tim vách là
4
mm
2 0
2 3
6
4 4
1 180
4 (15)(180) 4(15)(180) 5
12 2
126, 6.10 I= I + A ys
⎡ ⎤ ⎛ ⎞
= ⎢⎣ ⎥⎦+ ⎜⎝ + ⎟⎠
=
Từ đó, bán kính quán tính của mặt cắt cột là mm
126, 6.106
14600 93 r I
= A = =
Tiếp theo,
0, 75 0, 75(1500)
12,1 120 93
KL D
r = r = = < , đảm bảo
và công thức 4.11 cho
2 2
12,1 250
0, 0185 2, 25 200000
Fy
KL r E
λ π π
⎛ ⎞ ⎛ ⎞
=⎜⎝ ⎟⎠ =⎜⎝ ⎟⎠ = <
Sức kháng nén danh định của cột được cho bởi công thức 4.13 là
0,0185 6
0, 66 (0, 66) (250)(14600) 3, 622.10 N
n y s
P = λF A = =
Sức kháng nén dọc trục có hệ số được tính từ công thức 8.24 với φc =0, 90 là
kN kN
0, 90(3622) 3260 1750
r c n
P =φP = = > , đảm bảo
Đáp số
Sử dụng sườn tăng cường gồm hai cặp phần tử 15 mm × 180 mm được biểu diễn trong hình 8.5.