Đang tải... (xem toàn văn)
LVTS10 Hiệu quả khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp xét đến độ đàn hồi của liên kết Đăng ngày 24062011 11:05:00 PM 451 Lượt xem 537 lượt tải Giá : 0 VND Hiệu quả khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp xét đến độ đàn hồi của liên kết Hãng sản xuất : Unknown Đánh giá : 0 điểm 1 2 3 4 5
LI CAM OAN Tên tôi : Trần Xuân Hùng Sinh ng y: 16 - 10 1984 Nơi sinh : Mai Sơn Sơn La Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. H nội, ng y 20 tháng 03 năm 2011 TC GI LUN VN Trn Xuân Hùng i LỜI CẢM ƠN Luận văn n y à được ho n th nh tà à ại Khoa sau đại học trường Đại học Kiến tróc H Nà ội dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy gi¸o TS. Vò Quèc Anh. T¸c giả xin b y tà ỏ lßng biết ơn s©u sắc đến th y gi¸o hà ướng dẫn TS. Vò Quèc Anh đ· tận t×nh hướng dẫn, động viªn t¸c giả trong qu¸ tr×nh thực hiện luận văn. T¸c giả ch©n th nh cà ảm ơn sự gióp đỡ về vật chất v tinh thà ần của Khoa Sau đại học v bà ộ m«n KÕt CÊu ThÐp, Trường đại học Kiến Tróc H Nà ội. T¸c cũng xin b y tà ỏ lßng biết ơn đến gia đ×nh, đồng nghiệp v c¸c bà ạn học đ· gióp đỡ, động viªn khÝch lệ để luận văn được ho n th nh à à đóng hạn. Luận văn được thực hiện trong điều kiện t i lià ệu, phương tiện v kià ến thức của t¸c giả cßn nhiều hạn chế, phải bổ sung cập nhật dần, v× vậy chắc chắn cßn nhiều thiếu sãt. T¸c giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đãng gãp của thầy gi¸o v c¸c bà ạn đồng nghiệp. H néi, ng y 20 th¸ng 03 n¨mà à 2011 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Xu©n Hïng ii MC LC M U 1 a)Kiểm tra tiết diện cột biên 41 b)Kiểm tra tiết diện cột giữa 44 c)Kiểm tra tiết diện dầm 46 d)Kiểm tra tiết diện cột biên 48 e)Kiểm tra tiết diện cột giữa 51 f)Kiểm tra tiết diện dầm 53 a)Kiểm tra tiết diện cột biên (phần tử 701) 66 b)Kiểm tra tiết diện cột giữa 68 c)Kiểm tra tiết diện dầm 71 a)Kiểm tra tiết diện cột biên (phần tử 701) 73 b)Kiểm tra tiết diện cột giữa 76 c)Kiểm tra tiết diện dầm 79 3.3.1.Tính toán liên kết chân cột trong bảng 3.2(liên kết cứng) 86 Tính toán liên kết chân cột biên : 86 3.3.2.Tính toán liên kết chân cột trong bảng 3.12 (liên kết đàn hồi) 89 Tính toán liên kết chân cột biên : 89 iii Danh mục các bảng Bảng 3.1. Nội lực trong khung khi liên kết giữa dầm-cột là liên kết cứng 39 Bảng 3.2. Nội lực trong khung khi liên kết dầm và cột là liên kết đàn hồi 46 Bảng 3.3. Tiết diện cột của hai phơng án 53 Bảng 3.4. Tiết diện dầm của hai phơng án 54 Bảng 3.5. Tĩnh tải và hoạt tải 58 Bảng 3.6. Hệ số khí động 60 Bảng 3.7. Tải trọng gió 61 Bảng 3.8. Nội lực trong khung trục 5 với liên kết dầm cột là liên kết cứng 63 Bảng 3.9. Nội lực trong khung trục 5, liên kết dầm cột là liên kết đàn hồi 71 Bảng 3.10. Tiết diện cột của hai phơng án 79 Bảng 3.11. Tiết diện dầm của hai phơng án 80 iv B¶ng 3.12. Néi lùc trong khung khi liªn kÕt dÇm – cét, cét – mãng lµ liªn kÕt ®µn håi 83 v Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Hình ảnh không gian nhà công nghiệp 2 tầng 4 Hình 1.2a Khung thép điển hình 5 Hình 1.2b Chi tiết liên kết đỉnh cột biên 5 Hình 1.2c Chi tiết liên kết đỉnh cột giữa 5 Hình 1.2d Chi tiết liên kết đỉnh dầm 6 Hình 1.2e Chi tiết liên kết chân cột biên 6 Hình 1.2f Chi tiết liên kết chân cột giữa 6 Hình 1.3: Liên kết dầm v o cột v đặc điểm phân loại liên kết 8 Hình 1.4: Quan hệ mô men-góc xoay một số liên kết bu lông phổ biến 10 Hình 2.1 Cấu tạo liên kết và mối quan hệ mô men-góc xoay tơng ứng 17 Hình 2.2 Liên kết đỉnh dầm và đáy dầm vào cột bằng thép góc 17 vi Hình 2.3 Chiều dài tĩnh của bulông 18 Hình 2.4 Liên kết kép đỉnh dầm và bản bụng dầm vào cột bằng thép góc 19 Hình 2.5 Liên kết bản bụng dầm và bản cánh dầm 20 Hình 2.6 Liên kết bản biên không mở rộng 21 Hình 2.7 Liên kết bản biên mở rộng 22 Hình 2.8 Mối quan hệ Mômen-góc xoay cho liên kết bản biên mở rộng 23 Hình 2.9 Liên kết chịu uốn với với mặt bích không có bulông ngoài 25 Hình 2.10 liên kết bằng tấm mặt bích nhô ra ngoài cánh dầm 26 Hình 2.11 Liên kết bằng tấm mặt bích tụt vào trong cánh dầm 30 Hình 2.12: Chi tiết các chân cột, liên kết với hai đến bốn bulông neo 36 Hình 2.13. Bn vi 2 v 4 bu lông neo 37 Hình 3.1 Khung nhà thép 2 tầng 3 nhịp 38 Hình 3.2. Liên kết dầm và cột giữa ví dụ 1 54 Hình 3.3. Liên kết dầm và cột biên ví dụ 1 55 vii Hình 3.4a Sơ đồ kết cấu nhà máy matsuo 56 Hình 3.4b Mặt bằng, mặt cắt nhà máy matsuo 57 Hình 3.5 : Sơ đồ gió tác dụng lên công trình 59 Hình 3.6 : Sơ đồ khung trục 5 62 Hình 3.7 : Liên kết dầm với cột giữa 81 Hình 3.8. Liên kết dầm với cột biên 82 Hình 3.9 chi tiết chân cột biên 85 Hình 3.10 chi tiết chân cột giữa 87 Hình 3.11 chi tiết chân cột biên 89 Hình 3.12 chi tiết chân cột giữa 91 viii Mở đầu * Lý do chọn đề tài : Cùng với vật liệu bê tông cốt thép, Thép là loại vật liệu quan trọng bậc nhất trong xây dựng ở Việt Nam hiện nay. Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát triển nhanh chóng, thay thế cho bê tông cốt thép trong phần lớn nhà xởng, nhà nhịp lớn cột ăng ten, tháp cao, bể chứa, dàn khoan Kết cấu thép đựơc gia công thành các cấu kiện rời trong nhà máy hoặc ngoài công trờng rồi đợc mang đến lắp dựng tại các công trờng xây dựng. Tại đây các cấu kiện rời rạc đó sẽ đợc lắp ráp lại với nhau bằng nhiều phơng pháp liên kết nh liên kết hàn, liên kết đinh tán, liên kết bu lông. Phụ thuộc vào yêu cầu chịu lực của hệ kết cấu mà bằng nhiều cách khác nhau ta sẽ có những cách cấu tạo các nút liên kết khác nhau. Trong thiết kế kết cấu thép truyền thống, để mô hình hoá sự làm việc của kết cấu thờng giả thiết liên kết trong khung là liên kết cứng hoặc liên kết khớp lý tởng. Giả thiết này giúp cho quá trình phân tích, thiết kế đơn giản hơn nhng nó dẫn đến những dự đoán thiếu chính xác về ứng xử của liên kết nói riêng và toàn hệ kết cấu nói chung. Sự làm việc thực tế của hệ kết cấu thông qua các kết quả thí nghiệm cho thấy các liên kết trong khung bằng bu lông và ngay cả liên kết hàn đều có độ đàn hồi nhất định. Hiện nay, sự phát triển nh vũ bão về khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ chế tạo kim loại, cùng với các phơng pháp tính tiên tiến, việc đa ra mô hình tính sát với sự làm việc thực của hệ kết cấu là cần thiết, đáp ứng đợc các yêu cầu thực tế trong xây dựng hiện nay. Nghiên cứu khung thép liên kết đàn hồi là một trong những hớng nghiên cứu mới, phù hợp với xu hớng phát triển trong xây dựng kết cấu công trình bằng kim loại hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới. 1 Là một ngời đang làm công tác t vấn thiết kế, tôi chọn nghiên cứu đề tài Hiệu quả khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp xét đến độ đàn hồi của liên kết bởi việc nghiên cứu cách ứng xử đàn hồi của liên kết có hiệu quả rõ ràng trong thực tế. Khi thiết kế khung thép không xét tới độ đàn hồi của liên kết sẽ không phản ánh đúng sự làm việc của khung và nội lực của các cấu kiện thờng lớn hơn so với thực tế. Khi giả thiết là liên kết cứng thờng bỏ qua độ đàn hồi của liên kết, dẫn đến kết quả chuyển vị của khung thờng nhỏ hơn thực tế, trái lại nội lực trong các tiết diện tại nút thờng có giá trị lớn hơn. Do đó tiết diện dầm và kích thớc liên kết thờng lớn hơn so với yêu cầu. Khi ứng dụng liên kết đàn hồi vào khung thì sẽ có sự phân bố lại mô men trong dầm làm cho mô men lớn nhất trong dầm sẽ giảm đi. Nói một cách khác việc áp dụng liên kết đàn hồi vào thực tế sẽ đảm bảo độ an toàn cấu kết cấu cao hơn khi dự đoán sự ứng xử của khung chính xác hơn, bên cạnh đó việc nội lực trong khung giảm sẽ tiết kiệm đợc nguyên vật liệu. Nh vậy việc xét tới liên kết đàn hồi trong khung thép đa đến hiệu quả khi thiết kế khung. * Mục đích nghiên cứu : - Đa ra cách xác định hệ số đàn hồi của một số dạng liên kết thờng gặp trong thực tế xây dựng tại Việt Nam. - Khảo sát sự làm việc của khung thép với các liên kết đàn hồi có độ cứng khác nhau để tìm đợc sự phân phối nội lực hợp lý cho khung thép nhà công nghiệp. - Từ nội lực và hệ số thu đợc đi bố trí cấu tạo liên kết phù hợp với thực tế. * Đối tợng và phạm vi nghiên cứu : Nghiên cứu sự làm việc của khung thép nhà công nghiệp có xét tới liên kết đàn hồi, dầm và cột tiết diện chữ I đặc có hình dạng định hình hoặc thép tổ hợp, liên kết dầm cột có cấu tạo kiểu liên kết bu lông. Vật liệu thanh ở các phần tử dầm và cột làm việc trong giai đoạn đàn hồi tuyến tính. Liên kết trong các nút là liên kết đàn hồi. 2 [...]... dao động cho khung thép liên kết đn hồi, cha đợc xét đến Giáo trình kết cấu thép cho sinh viên ngnh xây dựng đã đề cập đến cách xác định mô men dẻo của liên kết đn hồi khi tính khung thép, nhng vẫn cha đa ra phơng pháp xác định nội lực v chuyển vị khung thép có liên kết đn hồi [8] ở Việt nam, cho đến nay vẫn cha có phơng pháp phân tích v tính toán khung thép có liên kết đn hồi no đợc coi l hiệu quả. .. khung Vì vậy phân tích khung thép liên kết đn hồi đã đợc xét đến trong một số quy trình v tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép [1] Do ý nghĩa thực tế v mô hình lm việc hợp lý của liên kết đ n hồi nên mô hình tính toán khung thép có kể đến độ đn hồi của các liên kết đã đ ợc đa vo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép ở một số nớc ngay từ những năm 15 60 Cụ thể sớm nhất l Tiêu chuẩn ấn độ IS 875-1964 [26], sau... đối với các liên kết dầm-cột, có xét đến ranh giới giữa liên kết cứng v nửa cứng Mô hình liên kết đ ợc sử dụng cho phân loại ny l một mô hình lũy thừa (hình 1.4) 11 Hình 1.4: Quan hệ mô men-góc xoay một số liên kết bu lông phổ biến [7] 12 Mô tả đặc điểm liên kết: (1) Liên kết có 2 thép góc ở bụng dầm (2) Liên kết có tấm đầu dầm (3) Liên kết có thép góc ở cánh trên v dới (4) Liên kết có thép góc ở cánh... tại nhà máy và đem ra lắp dựng ngoài công trờng Khi mang đến công trờng, chỉ cần thao tác lắp dựng để tạo ra một công trình hoàn chỉnh Nên dễ kiểm soát đợc chất lợng, mang tính chuyên môn hoá cao, giảm thiểu đợc thời gian thi công công trình 1.2 Liên kết đàn hồi trong thiết kế kết cấu khung thép trên thế giới : 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu liên kết đàn hồi trong kết cấu khung thép: Mô hình tính khung có xét. .. dựng công trình 4 Một số hình ảnh về nhà công nghiệp khung thép 2 tầng của công ty TNHH XD TM DV Trung Lâm (http://trunglam.vn) : Hình 1.1 Hình ảnh không gian nhà công nghiệp 2 tầng 5 Một số hình ảnh về liên kết chủ yếu trong nhà công nghiệp khung thép : Hình 1.2a Khung thép điển hình Hình 1.2b Chi tiết liên kết đỉnh cột biên Hình 1.2c Chi tiết liên kết đỉnh cột giữa 6 Hình 1.2d Chi tiết liên kết. .. loại liên kết cũng nh phơng pháp tính 1.3 Liên kết đàn hồi trong kết cấu khung thép tại Việt Nam : Nghiên cứu về liên kết đn hồi ở Việt Nam hiện nay có hai xu h ớng chủ yếu [1] : Tập trung vo việc xác định hệ số đn hồi cho các kiểu liên kết, Phơng pháp phân tích nội lực v chuyển vị cho khung thép liên kết đn hồi Theo hớng thứ nhất có các tác giả nh: Lu Nguyễn Nam Hải với việc nghiên cứu liên kết. .. tơng đối liên kết dầm-cột (), (hình 1.3) : Hình 1.3: Liên kết dầm vo cột v đặc điểm phân loại liên kết [7] Nhiều mô hình để phân tích liên kết đn hồi đã đợc xây dựng trên cơ sở xử lý các kết quả thí nghiệm, trong đó hai mô hình chính th ờng đ ợc sử dụng để phân tích khung thép có liên kết đn hồi cần xét đến l: Mô hình của Frye v Morris [20] đợc xây dựng dựa trên các kết quả 9 nghiên cứu của 145 thí... đợc xem l đàn hồi, tùy trờng hợp cụ thể Vùng 3: liên kết nút khớp Nếu Sj,ini 0,5EIb /Lb Đối với khung có Kb /Kc < 0,1, các nút sẽ đợc phân loại đàn hồi Lc l chiều cao cột 1.2.3 Tiêu chuẩn các nớc cho phép thiết kế khung thép liên kết đn hồi : Cách ứng xử đn hồi nhiều hay ít của liên kết đều ảnh h ởng đến sự phân bố nội lực cũng nh mức độ biến dạng của dầm v cột, đến ổn định v dao động của khung Vì... đn hồi cho các kiểu liên kết Chơng 2 17 Sự làm việc của nhà khung thép nhà công nghiệp 2.1 Các trạng thái của liên kết dầm cột Dầm và cột trong khung thép thờng đợc liên kết bằng phơng pháp hàn hoặc bắt bulông (thờng sử dụng bulông cờng độ cao) chịu mômen uốn ở hai đầu dầm, độ biến dạng của liên kết xảy ra nhiều hơn hoặc ít hơn và đợc chi phối theo độ xoay tơng đối nh trong Hình 2.1 Đối với các liên. .. phân tích khung do không đủ độ cứng xoay Các liên kết dầm - cột cứng các xử lý chống mômen tốt, nhng việc chế tạo và lắp ráp các liên kết này là khá khó khăn Cấu hình các liên kết bắt vít t ơng đối đơn giản, nhng độ cứng và khả năng hấp thụ năng lợng thấp, đó là bất lợi cho thiết kế kháng chấn Tuy nhiên, các liên kết dầm cột đàn hồi có sự kết hợp giữa các liên kết cứng và liên kết bắt vít, và khi đợc . công nghiệp xét đến độ đàn hồi của liên kết bởi việc nghiên cứu cách ứng xử đàn hồi của liên kết có hiệu quả rõ ràng trong thực tế. Khi thiết kế khung thép không xét tới độ đàn hồi của liên kết. trình. 1.2. Liên kết đàn hồi trong thiết kế kết cấu khung thép trên thế giới : 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu liên kết đàn hồi trong kết cấu khung thép: Mô hình tính khung có xét đến độ đ n hồi của liên kết. liệu. Nh vậy việc xét tới liên kết đàn hồi trong khung thép đa đến hiệu quả khi thiết kế khung. * Mục đích nghiên cứu : - Đa ra cách xác định hệ số đàn hồi của một số dạng liên kết thờng gặp trong