BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG TRỊNH TIẾN DŨNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÊNH MỘT PHẦN TIẾT DIỆN THANH THÀNH MÓNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: TS ĐỖ TRỌNG QUANG Hải phòng, 2015 LỜI MỞ ĐẦU Từ nhiều năm trở lại kết cấu thép thành mỏng loại kết cấu bắt đầu áp dụng nhiều nước ta Đó giải pháp kỹ thuật lĩnh vực vật liệu công nghệ, ban đầu sử dụng lĩnh vực khí, hàng không, ô tô, mang lại áp dụng vào kết cấu xây dựng tạo nên loại liên kết trọng lượng giảm nhẹ Kết cấu thành mỏng hướng phát triển kết cấu thép nước ta năm Hiện giới có nhiều quốc gia vùng lãnh thổ đưa tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế kết cấu thành mỏng Úc, Hoa Kỳ, Anh, Trung Quốc, Châu Âu …Tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế loại kết cấu đặc biệt Đồng thời việc tính toán thiết kế kết cấu thành mỏng xa lạ với kỹ sư Việt Nam Với đề tài: “Tính toán ổn định vênh phần tiết diện thành mỏng theo tiêu chuẩn Eurocode 3” luận văn nghiên cứu bước đầu em loại kết cấu Đó kết trình nghiên cứu khóa đào tạo Thạc sỹ Trường Đại học Dân lập Hải Phòng với hướng dẫn tận tình giáo viên trường bạn đồng nghiệp Em xin lời cảm ơn đến Thầy giào TS Đỗ Trọng Quang thầy cô góp ý kiến quý báu thời gian em thực luận văn Do thời gian thực có hạn hạn chế thân, chắn luận văn nhiều sai sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn đồng nghiệp Hải phòng, ngày 20 tháng 02 năm 2016 Học viên Trịnh Tiến Dũng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ĐỒ THỊ CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANH THÀNH MỎNG 1.1 Mở đầu ……………………………………………………………………… 8 1.2 Khái niệm thành mỏng…………………………………………… 1.3 Các vấn đề liên quan thành mỏng……………………………… 1.3.1 Vật liệu………………………………………………………………… 12 12 1.3.2 Vấn đề phòng gỉ………………………………………………………… 15 1.3.3 Công nghệ chế tạo thành mỏng…………………………………… 18 1.3.4 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội……………………………………… 21 1.3.5 Một số đặc điểm đặc biệt thành mỏng……………………… 23 1.3.6 Ưu, khuyết điểm kết cấu thành mỏng………………………… 24 1.3.7 Phạm vi ứng dụng kết cấu thành mỏng……………………… 25 1.4 1.5 1.6 1.7 1.7.1 Ứng dụng kết cấu thành mỏng quy phạm thiết kế giới Ứng dụng kết cấu thành mỏng quy phạm thiết kế Việt Nam Một số hình ảnh việc ứng dụng kết cấu thành mỏng …………… Mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài……………………………………… Mục tiêu nghiên cứu đề tài……………………………………… 1.7.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài………………………………………… CHƢƠNG 2: CÁC DẠNG ỔN ĐỊNH CỦA THANH THÀNH MỎNG TIẾT DIỆN CHỮ C THEO LÝ THUYẾT… 2.1 Đại cƣơng…………………………………………… ………………… 26 27 28 31 31 31 32 32 2.1.1 Các dạng ổn định thành mỏng…………… …………… 32 2.1.2 Một số định nghĩa tính toán cấu kiện thành mỏng…………… 33 2.2 Ổn định cục bộ…………………………………………………… 35 2.2.1 Lý thuyết chung………………………………………………………… 35 2.2.2 Đối với thành mỏng tiết diện chữ C chịu nén tâm……… 37 2.2.3 Ví dụ tính toán…………………………………………………… …… 38 2.3 Ổn định tổng thể………………………………………………………… 2.3.1 Lý thuyết chung………………………… ………………………… 2.3.2 Áp dụng thành mỏng tiết diện chữ C …………………… 2.3.3 Ví dụ tính toán………………………………………………………… 39 2.4 Mất ổn định vênh phần tiết diện……………………………… 2.4.1 Hiện tượng ổn định vênh phần tiết diện……………………… 45 39 41 42 45 2.4.2 Phương pháp Châu âu ( Eurocode 3)……………………………… 48 2.4.3 Phương pháp Hancock……………………………………………… 49 2.4.4 Ví dụ tính toán………………………………………………………… 56 2.4.5 Phương pháp dải hữu hạn – Phần mềm CUFSM………………… …… 59 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA THANH THÀNH MỎNG TIẾT 65 DIỆN CHỮ C THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE3 … 3.1 Đại cƣơng……………………………………………………… ……… 3.1.1 Mất ổn định cục bộ, bề rộng hiệu quả…………………………………… 3.1.2 Mất ổn định vênh phần tiết diện……………… ………… …… 3.1.3 Mất ổn định tổng thể…………………………………………………… 65 65 69 73 3.2 Ví dụ tính toán…………………………………………………………… 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 89 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN b, h, L: Kích thước hình học cấu kiện beff': Bề rộng hiệu D: Độ cứng trụ E: Mô đun đàn hồi vật liệu f: Ứng suất fc,r: Ứng suất tới hạn quy đổi f,r: Úng suất tới hạn fcr,f: Ứng suất tới hạn gây ổn định cục cánh fcr.s: Ứng suất tới hạn gây ốn định cục sườn biên fcr.w: Ứng suất tới hạn gây ổn định cục bụng fy: Giới hạn chảy vật liệu I: Mô men quán tính i: Bán kính quán tính Io : Mômen quán tính cực quanh tâm xoắn I: Hằng số vênh tiết diện J: Mô men quán tính xoắn K, Kx, K: Độ cứng gối đàn hồi k Hệ số oằn Ncr: Lực tới hạn NcrF: Lực tới hạn trường hợp uốn dọc trục NcrFT: Lực tới hạn trường hợp xoắn, uốn xoắn Nx: Lực tới hạn Euler gây oằn uốn dọc trục x Ny: Lực tới hạn Euler gây oằn uốn dọc trục y Nz: Lực tới hạn Euler gây oằn xoắn trục z ox, oy, oz : Các trục tọa độ Q: Lực cắt t: Bề dày cấu kiện teff: Bề dày hiệu u, v: Chuyển vị tiết diện trục x y w: Độ võng : Hệ số không hoàn thiện : Hệ số giảm yếu ổn định : Góc xoay tiết diện quanh tâm xoắn M0: Hệ số an toàn (khi tính ốn định cục ốn định vênh phần tiết diện) M1: Hệ số an toàn (khi tính ổn định tổng thể) : Độ mảnh tỷ đối  (chương 2): Chiều dài nửa bước sóng : Hệ số Poisson p: Độ mảnh  (Chương 3): Độ mảnh : Hệ số tỷ số ứng suất DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Bảng 1-1 Bảng 1-2: Bảng 1-3: Bảng 1-4: Bảng 2-1: Bảng 2-2: Bảng 2-3: Bảng3-la: Bảng3-lb: Hình 1-1: Hình 1-2: Hình 1-3 Hình 1-4: Hình l-5a: Hình l-5b: Hình -5c: Hình 1-6: Hỉnh 1-7: Hình 1-8: Hình 1-9: Hình 1-10: Hình l-l1: Hình 1-12: Hình 1-13: Hình 1-14: Hình 2-1: Hình 2-2: Hình 2-3a: Hình 2-3b: Hình 2-4: Phân loại theo tiêu chuẩn Eurcode Phân loại theo tiêu chuẩn Eurcode Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo Tiêu chuẩn Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội thông dụng theo tiêu chuẩn châu Âu Kết phân tích theo phần mềm CUFSM với số dải chia khác Kết phân tích theo phần mềm CUFSM với số dải chia khác Bảng so sánh ứng suất tới hạn gây ổn định vênh phần tiết diện theo phương pháp Hancock phương pháp Châu Âu so với phương pháp dải hữu hạn Xác định bề rộng hiệu theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Xác định bê rộng hiệu theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Kích thước thành mỏng Biêu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng loại theo cách phân loại tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Máy gấp mép Máy ép khuôn Máy cán trục lăn Máy cán trục lăn Sơ đồ làm việc máy cán trục lăn Các loại tiết diện thành mỏng thông dụng Các loại mỏng uốn nguội thường dùng làm sàn, mái tường Biểu đồ kéo thép trước giai đoạn củng cố sau uốn nguội Sự phân bố ứng suất dư thép tiết diện chữ U chữ C Nhà dân dụng Nhà dân dụng Lớp học vùng sâu, vùng xa Nhà nhiều tầng Nhà công nghiệp Các dạng ổn định thành mỏng tiết diện chữ C Phân tích dạng ổn định thành mỏng chữ C chịu nén tâm phương pháp dải hữu hạn Phần tử phẳng, góc uốn, bề dày bề rộng phẳng Tiết diện hiệu quả, phần cánh, tiết diện hiệu phần biên Mất ốn định chịu nén 10 11 12 14 61 63 64 67 68 19 19 20 20 21 22 22 23 24 28 29 29 30 30 32 33 34 35 36 Hình 2-5: Hình 2-6: Hình 2-7: Hình 2-7a: Hình 2-8a: Hình 2-8b: Hình 2-8c: Hình 2-8d: Hình 2-9: Hình 2-10: Hình 2-11: Hình 2-11a: Hình 2-11b: Hình 2-12: Hình 2-13: Hình 2-14: Hình 2-15: Hình 2-16: Hình 2-17: Hình 2-18: Hình 2-19: Hình 3-1: Hình 3-2: Hình 3-3a: Hình 3-3b: Hình 3-3c: Hình 3-3d: Hình 3-3e: Hình 3-3f: Hình 3-3g: Hình 3-4: Sự phân bố lại ứng suất sau tới hạn Mất ổn định cục thành mỏng tiết diện chữ C Chuyển vị ổn định tổng thể Tiết diện thành mỏng bị ổn định vênh phần Thí nghiệm ổn định vênh phần tiết diện Thí nghiệm ổn định vênh phần tiết diện Thí nghiệm ổn định vênh phần tiết diện Thí nghiệm ôn định vênh phần tiết diện Mô hình tính toán ổn định vênh phần tiết diện theo tiêu chuẩn Eurocode Đặc trưng hình học tiết diện hiệu phần biên Mô hình tính toán ổn định vênh phần tiết diện theo phương pháp Hancock Mô hình xác định k Mô hình xác định k có kể đến ảnh hưởng ứng suất nén bụng Các kích thước Tiêt diện hiệu phần biên Cách chia thành mỏng tiết diện chữ C theo phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp dải hữu hạn Kết phân tích với số dải chia Biếu đồ giá trị ứng suất tới hạn theo hai phương pháp Kích thước tiết diện Kết phân tích với số dải chia Biểu đồ giá trị ứng suất tới hạn theo hai phương pháp Tiết diện hiệu theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Đặc trưng hình học tiết diện hiệu phần biên Sơ đồ tính phần cánh Tiết diện hiệu phần cánh Mô hình xác định độ cứng lò xo ứng suất tới hạn fct,s Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi (vòng lặp thứ n) Tiết diện hiệu phần cánh xác định vòng lặp cuối Tiết diện hiệu Sơ đồ khối tính toán ổn định vênh phần tiết diện 37 38 41 45 46 46 47 47 48 49 50 52 54 56 59 60 61 61 62 63 63 65 69 70 70 71 71 72 72 72 CHƢƠNG I: TỒNG QUAN VỀ THANH THÀNH MỎNG 1.1 MỞ ĐẦU Kết cấu thành mỏng khác biệt so với kết cấu thông dụng điểm sau: - Sử dụng loại thép tạo hình nguội từ tầm thép mỏng (từ 0,3 đến mm) - Sử dụng loại tiết diện kết cấu thông thường chữ Z, tiết diện chữ C, tiết diện kín (tiết diện vuông, tiết diện tròn, ); - Sử dụng liên kết không dùng kết cấu thường Việc sử dụng thành mỏng tạo cách tiếp cận khác kết cấu thép giai đoạn xây dựng: Thiết kế, chế tạo, lắp dựng Chương I trình bày chủ yếu dựa tài liệu Giáo sư Đoàn Định Kiến [7] số tài liệu liên quan Nội dung chương chủ yếu đề cập đến vấn đề liên quan đến kết cấu thành mỏng vật liệu, chế tạo, lắp dựng, ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng, tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thành mỏng Thế giới Việt Nam, từ đề mục tiêu, phạm vi nghiên cứu đề tài 1.2 KHÁI NIỆM VỀ THANH THÀNH MỎNG Theo Vlasov [17], thành mỏng thẳng với kích thước theo ba chiều có bậc khác Nếu gọi chiều dài thanh, h kích thước theo cạnh tiết diện, t bề dày thành (Hình 1-1) xem thành mỏng có tỉ số sau: t/h  0,1; h/1  0, l Tiết diện thành mỏng hở kín Hình 1-1 Kích thước thành mỏng Khái niệm thành mỏng Vlasov dựa việc phân tích ứng suất có kể đến xoắn kiềm chế hay không kể đến xoắn kiềm chế Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode [8] đưa khái niệm thành mỏng thông qua việc phân loại tiết diện Việc phân loại dựa sở độ ổn định cục bộ, hình dạng tiết diện thanh, trạng thái chịu lực tỉ số kích thước tiết diện Theo đó, người ta chia thành loại tiết diện thanh: tiết diện đặc, tiết diện nửa đặc, tiết diện mảnh tiết diện mảnh (tiết diện thành mỏng) Hình 1-2 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng loại theo cách phân loại tiêu chuẩn châu âu Eurocode - Thanh có tiết diện đặc: có khả hình thành khớp dẻo, khớp dẻo quay tự - Thanh có tiết diện nửa đặc: có khả hình thành khớp dẻo, góc quay khớp dẻo bị giới hạn bị phá hoại ổn định cục - Thanh có tiết diện mảnh: vật liệu bắt đầu bị chảy dẻo bị phá hoại ổn định cục - Thanh có tiết diện mảnh (thanh thành mỏng): bị phá hoại ổn định cục vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi Bảng sau trích từ Bảng 5-2 tiêu chuẩn Eurocode [8] giới thiệu số loại thông dụng theo tiêu chuẩn Eurocode Ở đây, không thuộc loại (Thanh đặc; Thanh nửa đặc; Thanh mảnh) bảng thành mỏng (thanh mảnh) 10 Tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) thể hình vẽ - Ar, Ir: diện tích mômen quán tính quanh trục a - a tiết diện hiệu phần biên Ar beff  ceff .t  33.5  26.48.2  120mm2 YG  6,84mm a  Ir 33,5.2 2.26,483   26.48    33,5.2.6,84  1   26,48.2  6,84   8302mm 12 12   Bước 3: Dựa tiết diện hiệu xác định bước 2, tính toán độ cứng lò xo K ứng suất tới hạn fcr,r gây ổn định vênh phần tiết diện Sườn biên giả thiết dầm tựa đàn hồi liên tục, đặc trưng độ cứng lò xo K Et 2,1.105.23 K   0,271 2 2   1,5bp hp  bp  0,3 1,5.75 153  753     Ứng suất tới hạn phần biên gây ổn định vênh phần tiết diện; f cr ,r  KEI r 0.271.2.1.105.8302 N   362.32 Ar 120 mm2 Biểu đồ ứng suất thể hình vẽ sau: 79 Bước 4: Xác định ứng suất tới hạn quy đổi fy f c ,r    M dựa vào hệ số giảm yếu  ổn định vênh phần tiết diện Độ mảnh sườn biên: r  fy f cr ,r  360  0,997 362,32 ([9], 5.5) 0,65    0,997  1,38 đó:   1,47  0,723.  0,727 ([9], 5.12b) Ứng suất tới hạn qui đổi fc , r   f y  0.727.360 \ 261.72 N mm2 Biểu đồ ứng suất thể hình vẽ sau: Bước 5: Lặp lại bước  n  1  n   n1 Vòng lặp 1: Xác định tiết diện hiệu phần cánh ứng với ứng suất tới hạn f com f c ,r  261,72 N / mm2 80 Bề rộng hiệu cánh: Hệ số độ mảnh ứng suất: fcom  fc,r  261,72 N / mm2 là:  p  1.052 bp t  p  1.052 75 261,72  0,696  0.73 2.1.105.4 b f f com 1.052 p c ,r Ek t Ek c ([9], 5.5)  0,22     1  0.22   0.983 p  1    p   p  0.696  0.696  ([9], 5.4b) Bề rộng hiệu cánh: beff ,1  p.bp  0.983.75  73.71mm  beff ,1  73.71  36.86mm - Bề rộng hiệu sườn biên: Hệ số oằn sườn biên k0  0.613 xác định bước Do đó, hệ số độ mảnh sườn biên:  p  1,052 cp  p  1,052 30 261,72  0,712  0,673 2,1.105.0,613  t c f f com  1,052 p c ,r Ek t Ek 0,22   0,22    1   0,971  p  1    p   p  0,712  0,712  ([9], 5.5) ([9], 5.4b) Bề rộng hiệu sườn biên: ceff1  p.c p  0,971.30  29,13mm Tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) thể hình vẽ sau: 81 - Ar1 , I r1 : diện tích mômen quán tính quanh trục a - a tiết diện hiệu phần biên 1 .t  35,86  29,13.2  132mm2 ;YG1  7,43mm Ar1  beff1  ceff 1 , Ir 36.86.23 2.29.133  29.13    36.86.2.7.43  1   29.13.2.1   7.43  = 12 12   11048mm4 - Ứng suất tới hạn fcr, r(1) phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) gây ổn định vênh phần tiết diện, dựa vào hệ số độ cứng lò xo K xác định bước 1 f cr ,r  KEI r Ar1 1 0.271.21.105.11048   379.92 N / mm2 132 - Xác định ứng suất tới hạn quy đổi fc,1r   1 f y /  M dựa vào hệ số giảm yếu  1 ổn định vênh phần tiết diện Độ mảnh sườn biên: r  fy 1 f cr ,r  360  0.973 379.92 ([9] 5,5) Ta có: 0,65 <  r  0,973  1,38  1  1,47  0,723. r  0,744  ([9] 5.12b) Ứng suất tới hạn qui đổi: f e,1r   1 f y  0.744.360  268.01 N mm2 Vòng lặp 2: Xác định tiết diện hiệu phần cánh ứng với ứng suất tới hạn f com  f c,1y  268,01 N mm2 82 - Bề rộng hiệu cánh: Hệ số độ mảnh ứng suất f com  f c1,y   268,01  p  1.052 bp N mm2 b f f com 75 268,01 1.052 p c ,r  1,052  0,705  0,673 Ek t Ek 2.1.105.4 t  0.22   0.22    1  p  1   0.976   p   p  0.705  0.705  ([9], 5.4b) Bề rộng hiệu cánh: 2  beffb  0.976.75  73.18mm p  beff ,x  beff  73.18  36.59mm - Bề rộng hiệu sườn biên Hệ số oằn sườn biên k  0.613 xác định bước Do đó, hệ số độ mảnh sườn biên Cp f com f c(.1r)  p  1.052  1.052 t E.k t E.k Cp ([9],5.5) 30 268,01  p  1,052  0,720  0,673 2,1.105.0,613    1   0.22   0.22   1   0.965    p   p  0.720  0.720 ([9], 5.4b) Bề rộng hiệu sườn biên: ceff( 2)   p  0,965.30  28,94mm Tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) thể hình vẽ sau: 83 - Ar( 2) , I r( 2) : diện tích mômen quán tính quanh trục a-a tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) ( 2) Ar( 2)  (beff( 2)  ceff ).t  (36,59  28,94).2  131,06mm2 ; Z G(1)  7,39mm I ( 2) r 36,59.23   36,59.2.(7,39  1) 12  2.28,943  28,94   28,94.2.1   7,39   10831mm4 12   - Ứng suất tới hạn f cr( 2,r) phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) gây ổn định vênh phần tiết diện, dựa vào hệ số độ cứng lò xo K xác định bước f ( 2) cr ,r  K E.I r( 2) Ar( 2)  0,271.2,1.105.10813  378.87 N / mm2 131,06 - Xác định ứng suất tới hạn quy đổi f c(,2r )   ( 2) f y /  M dựa vào hệ số giảm yếu  ( 2) ổn định vênh phần tiết diện Độ mảnh sườn biên: r  fy f ( 2) cr ,r  360  0.975 378,87 ([[9]],5.5) Ta có: 0,65   r  0,973  1,38 đó:  ( 2)  1,47  0,723. r  0,743  ([9], 5.12b) Ứng suất tới hạn quy đổi: f c(,2r )   ( 2) f y  0.743.360  267.48N / mm2 Nhận xét:  ( 2)   (1)  ( 2)   (1) đó, trình lặp dừng lại 84 Bước 6: Tính toán lại tiết diện hiệu với bề rộng hiệu xác định vòng lặp thứ (beff; ceff,2) bề dày hiệu quả: t eff   ( 2) t  0,743.2  1,486mm b Bề rộng hiệu bụng Bản bụng thành mỏng tiết diện chữ C tăng cứng, tựa khớp cạnh, chịu nén tâm Do đó, Hệ số oằn bụng k = Do đó, hệ số độ mảnh bụng:  p  1,052 hp t  com Ek  1,052 hp t fy Ek ([9]],5.5) 153 360  p  1,052  1,666  0,673 2,1.105.4  0,22   0,22      1   1   0,521   p   p  1,666  1,666  ([9],5.4b) heff  .hp  0,521.153  79,71mm  heff ,1  heff  79.71  39.86mm Diện tích tiết diện hiệu thanh: ( 2) Aeff  t.heff  2.teff (beff ,1  beff( 2)  ceff )  488,2mm2 Trọng tâm tiết diện hiệu quả: xGeff  30,49mm Độ lệch tâm tiết diện hiệu quả: EGeff  X Geff  X G  30,49  27,86  2,81mm Do độ lệch tâm nhỏ nên tính toán ta bỏ qua đó, tiết diện hiệu chịu nén tâm 85 Xác định lực nén thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode - Lực nén thiết kế xác định theo công thức: N b,Rd   N c ,Rd  M (9,6.29)  M1 Trong đó: - M1: Hệ số an toàn (do ổn định tổng thể) - M0: Hệ số an toàn (do ổn định cục ổn định vênh phần tiết diện) - Nc,Rd: Là khả chịu lực nén danh nghĩa cấu kiện, tính công thức: N c,Rd  Aeff f y M0 (9,6.2) - Do đó, Lực nén thiết kế: N b,Rd   Aeff f y  M1 a Lực nén thiết kế trường hợp ổn định uốn dọc tác dụng nén tâm: N bF,Rd   Aeff f y  M1 - M1 = 1,0: Hệ số an toàn (do ổn định tổng thể) 86 - Aeff = 488,2mm2: Diện tích tiết diện hiệu - : Hệ số giảm yếu ổn định tổng thể, tính theo công thức:    2   Aeff Trong đó: -  độ mảnh tỉ đối:   Aeff f y N cr  Lcr i AG 1 - Lcr = 2279mm: Chiều dài uốn dọc trường hợp ổn định uốn dọc; - i: bán kính quán tính nhỏ  I  2722448 648808  I   i  min( ix ; i y )   x ; y    ;   AG AG  729 726     = (61,24;29,89) = 29,89mm; 1   E  75,88; fy 488,2 2279 726  0,824;   29,89 75,88 - : Hệ số không hoàn thiện (kể đến độ cong ban đầu thanh, ứng suất dư), phụ thuộc hình dáng tiết diện Với tiết diện chữ C  = 0,34 Do đó, ta có:  = 0,5 [1+0,34(0,824-0,2) + 0,8242] =0,964 - Thay vào: Hệ số giảm yếu ổn định tổng thể:    2     0,709  0,946  0,8242 - Lực nén thiết kế trường hợp ổn định uốn dọc tác dụng nén tâm: N bF,Rd  N bF, Rd   Aeff f y  M1  Aeff f y 0,709.488,2.360   124608 N  M1 1,0 87 b Lực nén thiết kế trường hợp ổn định xoắn uốn – xoắn tác dụng nén tâm: N bFT, Rd   Aeff f y  M1 - Tính toán độ mảnh tỉ đối:    Aeff f y N crFT  N crFT  N crT ; N crF T : Lực tới hạn đàn hồi với trường hợp ổn định xoắn ( N crT ) uốn - xoắn ( N crF T )  EI w  1   N   G.IT  i0  lT2  T cr ([[9], 6.33a); Trong đó: - Mô đun đàn hồi trượt: G = 0,81 x 105 (N/mm2); - Mômen quán tính xoắn: IT = 950mm4 - Hằng số vênh tiết diện: Iw  bp2 t (4c 3p  6hp c 2p  36hp2c p  hp2bp )  4,0963.109 mm6 ; - lT = 0,5L = 0,5.2279=1139,5mm: Chiều dài uốn dọc với trường hợp ổn định xoắn uốn - xoắn - i0: bán kính quán tính cực tiết diện tâm uốn i02  ix2  i y2  x02  ix2  i y2  ( xC  xG ) = 61,242 + 29,892 + (41,3 + 27,68)2 = 9402 mm2 Thay vào: N crT    2,1.105.4,09.109   0,81.105.950    694832,59 N 9402  1139,52  Lực tới hạn đàn hồi với trường hợp ổn dịnh uốn - xoắn ( N crF T ) N crF T   N cr , x  N crT )  ( N cr , x  N crT )  4N cr , x N crT  (1  2  N cr , x  ([9], 6.35) Trong đó: - Ncr,x lực tới hạn đàn hồi với trường hợp ổn định uốn dọc đối 88 với trục x: N cr ,x    1  EI x  2,1.105.2722448   1085299,32 N l x2 22792 x02 ( xC  xG ) (43,1  27,68)      0,494 i02 i02 9402 Thay vào: N crF T    1 694832,59  1085299,32 ( N cr , x  N crT  ( N cr , x  N crT )  4N cr , x N crT  2 2.0,494   (1085299,32  694832,59)  4.0,494.1085299,32.694832,59  494602,02 N Ta có: NcrFT  NcrT ; NcrF T   494602,02 N Aeff f y Độ mảnh tỉnh đối:    N  FT cr 488,2.360  0,596 494602,02      0,5   (  0,2)    0,5  0,34(0,596 - 0,2)  0,5962  0,729     2  0,729  0,7292  0,5962 ([9], 6.31)  0,870  Thay vào, lực nén thiết kế trường hợp ổn định xoắn uốn - xoắn tác dụng nén tâm: N bFT, Rd   Aeff f y 0,870.488,2.360   152904,24 N  M1 1,0 Kết luận: Lực nén thiết kế là: N b,Rd  min( N bF,Rd , N bFT,Rd )  124608N  124,608kN 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với mục tiêu đề ra, luận văn tìm hiểu số lý thuyết tính toán ổn định thành mỏng sâu tìm hiểu ổn định vênh phần tiết diện, đồng thời luận văn nghiên cứu cách tính toán ổn định thành mỏng theo Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocođe Từ kết thu được, đưa số kết luận sau: 1.1 Đối với cấu kiện thành mỏng chịu nén, điều quan trọng phải tính toán kiểm tra ổn định Trong đó, dạng ổn định cần kiểm tra bao gồm: - Mất ổn định cục bộ: Về chất ổn định mỏng chịu nén Do đó, lý thuyết tính toán ổn định cục dựa chủ yếu vào lý thuyết - Mất ổn định tổng thể: Về chất ổn định chịu nén Đối với thành mỏng chịu nén bị mât ổn định tổng thể theo dạng: ổn định uốn dọc, ổn định xoắn ổn định uốn xoắn - Mất ổn định vênh phần tiết diện: Đây vấn đề tương đối Việt Nam Có thể nói, ổn định vênh phần tiết diện kết hợp ổn định cục ổn định tổng thể Cụ thể thành mỏng tiết diện chữ C, bị ổn định vênh phần tiết diện bụng có xu hướng ổn định cục phân cánh (gồm cánh sườn biên) bị ổn định tổng thể 1.2 Với tượng ổn định vênh phần tiết diện, vấn đề tương đối Việt Nam, luận văn sâu tìm hiểu phương pháp thông dụng dưa vào tiêu chuẩn: Phương pháp Hancock (tiêu chuẩn úc AS/NZS 4600:1996) phương pháp Châu Âu (tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 3) Đồng thời, luận văn đưa phép so sánh định kết tính toán hai phương pháp so với kết phân tích theo phương pháp giải hữu hạn (sử dụng phần mềm CUFSM ) 1.3 Cấu kiện thành mỏng, thực tế làm việc có tương tác ba 90 dạng ổn định nói làm giảm khả chịu lực Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode xét đến tương tác cách sử dụng tiết diện hiệu (bỏ phần tiết diện thành mỏng không hiệu quả) để thiết kế Luận văn tìm hiểu quy trình tính toán tiết diện hiệu ứng suất tới hạn gây ổn định vênh phần tiết diện thông qua trình lặp theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode3 1.4 Luận văn tài liệu tham khảo thiết kế kết cấu thành mỏng, tài liệu tham khảo phục vụ cho nghiên cứu sâu kết cấu thành mỏng chụi nén tâm tiết diện chữ C Kiến nghị 2.1 Kết tính toán ổn định vênh phần tiết diện theo hai phương pháp Hancock phương pháp Châu Âu có sai lệch đáng kể Để khẳng định kết phương pháp xác cần nhiều nghiên cứu sâu vấn đề Luận văn xin kiến nghị dùng phương pháp số, cụ thể phương pháp dải hữu hạn để kiểm nghiệm xác phương pháp 2.2 Hướng phát triển tiếp đề tài: - Nghiên cứu ổn định thành mỏng với trường hợp chịu lực khác (như chịu nén lệch tâm, chịu uốn ) tiết diện khác (đi sâu nghiên cứu ổn định vênh phần tiết diện trường hợp đó) - Nghiên cứu liên kết cấu kiện thành mỏng 91 Tài liệu tham khảo: [1] American Iron and Steel lnstitute Specifcations for the Design of Cold - formed Steel structural Members 1996 [2] American Iron and Steel Institute Distortional Buckiing of ColdFonned Steel Colunms 2006 [3] Australian/New Zealand Standard Cold-formed Steel s t r u c t u r e AS/NZS 4600: 1996 [4] B.w Schaíer, Tẻ Peko”z Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections andresidual stress Joumal of Constructional Steel Research 47 1998 [5] B.W.Schafer, T Peko’z Laterally braced cold-formed Steel ilexural memberswith edge stịffenedylanges Joumal of structural 1999 [6] B.W.Schafer, T Peko'z Local and distortional buckling of coldfonned Steel members with edge stiffened fìanges 1999 [7] Đoàn Định Kiến Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội NXB Xây dựng 2005 [8] European Standard Eurocode 3: Design of Steel slructures - Part l - l : General rules and rules for buildings 2002 [9] European Standard Euroeode 3: Design of Steel structures - Part : General rules Supplementary rules for cold-fonned thin gauge members and sheeting 2003 [10] European Standard Eurocode 3: Design of Steel structures - Part Plated structural elements 2003 [11] Hancock, Greeory Design of cold-formed Steel structnres (to Australian/New Zealand Standard AS/NZS:4600) Australian institute of Steel Construction 1998 [12] Helsinki university of Technology Laboratory of Steel Structures Publications 15 Seminar on Steel Structnres: design of cold-formed Steel structures 2000 92 [13] Helsinki university of Technology Laboratory of Steel Structures Publications 19 Local and distortional buckling of perforatcd Steel w a l l studs 2000 [14] R L Brockenbrough, Pittsburgh Cold-formed Steel’ design Permsylvania USA [15] Sammy C.W.Lau Gregory J Hancock, Distortional Buckling formulas for channel Columns 1987 [16] Universidade técnica de lisboa, Unstituto superior técnico Imensionamento de elementosestruturais de aCo enformados a frio de acordocomo eurocódi 2008 [17] Vũ Đình Lai (Chủ biên) Sức bền vật liệu NXB Giao thông vận tải 2007 [18] Xtiphen P.Timôsenkoo Jem M Gere Ổn định, đàn hồi NXB Khoa học Kỹ thuật 1976 [19] Lều Thọ Trình (Chủ biên) Ổn định công trình NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [20] Bui, H.C Analyse statique du comportement des structures parois minces par la méthode des élément fìnis et des bandes fìnies de type plaque et coque surbaisseé défonnables en cisaillement Thèse de doctorat, université de Liège, 2008 [21] Huỳnh Minh Sơn Checking Torsional Buckling and FlexualTorsional Buckling of Cold-Formed Section Column up to Standard AS/NZS 4600(Austrslia) [22] Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang: Kết cấu thép 2- Công trình dân dụng công nghiệp-nhà xuất khoa học kỹ thuật- 2003 [23] Hancock, Gregory, Design of cold-formed Steel structures (to Australian/New Zealand Standard AS/NZS:4600), Australian Institute of Steel Construction 1998 [24] Huỳnh Minh Sơn, Tính toán dầm thép cánh rỗng HFB theo tiêu chuẩn thiết kế Úc, Tạp chí Khoa học Công nghệ ĐHĐN số 2/6-2004 93 [...]... 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu lý thuyết tính toán ổn định của thanh thành mỏng (tính toán theo giải tích), đi sâu nghiên cứu mất ổn định vênh một phần tiết diện chữ C - Tính toán ổn định thanh thành mỏng theo Tiêu chuẩn Eurocode 3 (tính toán theo bề rộng hiệu quả của tiết diện chữ C) 1.7.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu ổn định của thanh thành mỏng tiết diện chữ C... dạng ổn định cần kiểm tra bao gồm: - Mất ổn định cục bộ; - Mất ổn định vênh một phần tiết diện; - Mất ổn định tổng thể; Hình 2-1 Các dạng mất ổn định của thanh thành mỏng tiết diện chữ C [9] Trong 3 dạng mất ổn định trên, ổn định tổng thể và ổn định cục bộ đã có công thức giải tích để tính toán mất ổn định Cụ thể, ổn định tổng thể dựa vào Lý thuyết ổn định xoắn-uốn của Vlasov và Timoshenko [18] và ổn định. .. 10149: Part 3 S260 NC 260 37 0 S315NC 31 5 430 S355 NC 35 5 470 S420 NC 420 530 EN 10268 H240LA 240 34 0 H280LA 280 37 0 H320LA 32 0 400 H360LA 36 0 430 H400LA 400 460 EN 10214 S220GD+ZA 220 30 0 S250GD+ZA 250 33 0 S280GD+ZA 280 36 0 S320GD+ZA 32 0 39 0 S350GD+ZA 35 0 420 Bảng 1-4: Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội thông dụng theo tiêu Tên tiêu chuẩn Cấp thép chuẩn Châu Âu [9] b Tiết diện tạo từ thép tấm mỏng Thép... tâm 32 CHƢƠNG 2: CÁC DẠNG ỔN ĐỊNH CỦA THANH THÀNH MỎNG TIẾT DIỆN CHỮ C THEO LÝ THUYẾT 2.1 ĐẠI CƢƠNG: 2.1.1 Các dạng mất ổn định của thanh thành mỏng Cấu kiện thành mỏng chịu nén (cột) có các loại tiết diện: đơn hở (thép góc, chữ C, chữ Z), tổ hợp (chữ I do hai chữ C ghép lại), tiết diện chữ môn, tiết diện kín (ống, hộp) Đối với cấu kiện thép thành mỏng, điều quan trọng là phải tính toán kiểm tra ổn định. .. theo tiêu chuẩn Châu Âu, được trích ra từ bạng 1 .3 Tiêu chuẩn Eurocode 3 [9] Tên tiêu chuẩn Cấp thép EN 10025 S 235 S275 S355 S275 N S355 N S420 N S460N S275 NL S355 NL S420 NL S460 NL S275 M S355 M S420 M S460M S275 ML S355 ML S420ML EN 101 13: Part 2 EN 101 13: Part 3 Giới hạn chảy (fy) MPa 235 275 35 5 275 35 5 420 460 275 35 5 420 460 275 35 5 420 460 275 35 5 420 14 Giới hạn bền (fu) MPa 36 0 430 510 37 0... thép AS11 63 C250 AS 139 7 AS/NZS 36 78 Giới hạn chảy (fy) Giới hạn bên (Fu) (N/mm2) (N/mm2) 250 32 0 C350 35 0 430 C450 450 500 G250 250 32 0 G300 30 0 34 0 G350 35 0 430 G450 450 480 G500 500 520 G550 550 550 200 (t < 8mm) 200 30 0 250(t < 8mm) 250 410 30 0(t < 8mm) 30 0 430 35 0(t < 8mm) 35 0 450 400(t < 8mm) 400 480 Bảng 1 -3: Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo Tiêu chuẩn Úc (Trích từ bản 1-5 tiêu chuẩn AS4600:1996... 14 Giới hạn bền (fu) MPa 36 0 430 510 37 0 470 520 550 37 0 470 520 550 36 0 450 500 530 36 0 450 500 Giới hạn chảy (fy) Giới hạn bền (fu) MPa MPa S460 ML 460 530 ISO 4997 CR 220 220 30 0 CR250 250 33 0 CR320 32 0 400 EN 10147 S220GD+Z 220 30 0 S250GD+Z 250 33 0 S280GD+Z 280 36 0 S320GD+Z 32 0 39 0 S350GD+Z 35 0 420 EN 10149: Part 2 S315MC 31 5 39 0 S355 MC 35 5 430 S420 MC 420 480 S460 MC 460 520 S500 MC 500 550 S550... tiết diện còn lại đã bị mất ổn định (hình 2-3b) i Phần cánh: Là phần tiết diện bao gồm bản cánh và sườn biên (hình 2-3b) k Tiết diện hiệu quả của phần biên: Là một phần tiết diện bao gồm tiết diện hiệu quả của sườn biên và phần bản cảnh kề sườn biên (hình 2-3b) Hình 2-3b Tiết diện hiệu quả, phần cánh, tiết diện hiệu quả của phần biên 36 ... dạng mất ổn 34 định cục bộ nhỏ nhất và có giá trị xấp xỉ bề rộng tấm - Mất ổn định tổng thể: là hiện tuợng xảy ra khi tiết diện thanh vẫn giữ nguyên hình dạng nhưng trục thanh không còn thẳng do bị uốn hoặc xoắn hoặc uốn-xoắn đồng thời tạo thành sóng Chiều dài nửa bước sóng của dạng mất ổn định tổng thể có bước sóng lớn nhất và có giá trị xấp xỉ chiều dài thanh - Mất ổn định vênh một phần tiết diện: là... lớn, một bộ phận bản bị mất ổn định Bản phẳng khi đó được tính chuyển về bản có bề rộng be gọi là bề rộng hiệu quả Bề rộng này coi như không bị mất ổn định, có thể chịu được ứng suất nén đạt giới hạn chảy h Tiết diện hiệu quả: Là một phần tiết diện coi như không bị mất ổn định và có thể chịu được ứng suất nén đạt tới giới hạn chảy, trong khi phần tiết diện còn lại đã bị mất ổn định (hình 2-3b) i Phần