Tài liệu nâng cao: Quan hệ mômen - độ cong

21 501 1
Tài liệu nâng cao: Quan hệ mômen - độ cong

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Hệ chịu tải trọng ngang Sự phân phối lại lực ngang làm tăng cường khả năng đáp ứng của hệ khung chịu tải trọng động đất và tải trọng nổ do các thành phần cấu kiện đạt đến cường độ l

Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 4: QUAN HỆ MÔMEN - ĐỘ CONG Chương 4: QUA HỆ MÔME - ĐỘ COG 4.1 SỰ PHÂ PHỐI LẠI MÔ ME TROG HỆ BTCT 4.1.1 Hệ chịu tải trọng đứng Phần 8.4 của tiêu chuNn ACI 318 cho phép phân phi li mômen (tăng hay gim mômen âm) trong các cu kin BTCT chu un liên tc. Phân phi li mômen ph thuc vào  do (ductility) trong các vùng khp do (plastic hinge). N hng vùng khp do phát trin ti các v trí Mmax và làm thay i biu  mômen un àn hi. Và kt qu phân tích do thưng thy là mômen âm gim và mômen dương tăng trong vùng khp do so vi kt qu phân tích àn hi. Vì các t hp ti trng nguy him  xác nh các mômen âm và các mômen dương là khác nhau, nên mi tit din BTCT có mt kh năng d tr mà không s dng ht cho bt kỳ mt trưng hp ti nào. Các khp do cho phép s dng toàn b kh năng chu lc ca nhiu v trí tit din hơn ca kt cu chu un, so vi kt qu phân tích àn hi.  Kt qu phân tích àn hi tuyn tính ca mt cu kin phi tuyn : Vi tit din hình lăng tr có mômen kháng un Mn, ti trng tác dng ln nht w ưc xác nh bng:  Phân tích àn hi: 2ne2enlM12w12lwMmaxmax=⇒=  Phân tích chy do: 2np2pnlM16w16lwMmaxmax=⇒= emaxw33,1= + wl2/24 - wl2/12 - wl2/12 2Mp = wl2/8 - Mp + Mp Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G N hư vy, vic s dng kt qu phân tích chy do cho giá tr ti trng cho phép cao hơn khi so vi kt qu phân tích àn hi. Kh năng chy do có th ưc hình thành như th nào?   do (ductility)  ln trong min to khp do. o  do là i lưng o kh năng bin dng không àn hi vưt quá bin dng do o s dng phương pháp phân tích mômen- cong (moment-curvature analysis)  xác nh các gii hn bin dng. o mc  bê tông b ép ngang s nh hưng lên gii hn bin dng.  bin dng max ca bê tông maxcε 4.1.2 Hệ chịu tải trọng ngang S phân phi li lc ngang làm tăng cưng kh năng áp ng ca h khung chu ti trng ng t và ti trng n do các thành phn cu kin t n cưng  ln nht ti các mc  bin dng khác nhau. Xét cơ cu beam-sway bên dưi (hình a: cột cứng-dm yu) mà là cơ cu ưu tiên trong thit k ng t.  ti sao beam-sway theo hình a là cơ cu ưu tiên? (nhiu khp do nht  Ph. án ti ưu).  nh hưng ca mômen do ti trng ng trên áp ng ca cu kin? + = ??? ??? Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G • Cơ cu right-hand sway: vi 2 khp do  hai u dm (-) và mt khp do (+) ti v trí có mômen Mmax. • Cơ cu left-hand sway: vi 2 khp do  hai u dm (-) và mt khp do (+) ti v trí có mômen Mmax. Vy, kh năng bin dng y  phi ưc cp cho mi khp do ưc to thành như trong hình v trên.  bin dng không àn hi ln trong bê tông   do ln t ưc bng cách dùng các chi tit cu to thích hp, bao gm c bin pháp thép ai ép ngang. + - - Vùng biến dạng lớn + - - Vùng biến dạng lớn Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4.2 PHÂ TÍCH MÔME-ĐỘ COG CỦA TIẾT DIỆ TỰ DO Ở GAG 4.2.1 Các giả thuyết cơ bản Phân tích này trình din dng ơn gin nht ca phân tích mômen- cong (M-φ). Mt s gi thuyt ơn gin trong lý thuyt un ưc thit lp  tính toán quan h (M-φ) như sau: 1. Các tiết diện vuông góc với trục uốn vẫn phẳng trước khi uốn và sau khi uốn. N hư vy quan h gia  cong φ và bin dng ε: yε=φ vi y là khong cách t mép ngoài n trc trung hoà. 2. Tại cùng một cao độ của tiết diện cấu kiện, biến dạng thép bằng biến dạng bê tông (εs = εc). 3. Các ứng suất trong thép (σs) và bê tông (σc) có thể xác định từ các quan hệ (σ−ε) đặc trưng của vật liệu. Các phương pháp tính toán trình bày sau ây áp dng cho hai kiu tit din t do n ngang: (1) bn BTCT ch có thép chu kéo, (2) dm BTCT ch có thép chu kéo (phn 1) và có thêm thép chu nén (phn 2). 4.2.2 Phân tích mômen-độ cong của bản BTCT Trong tính toán bng tay, mômen ti 3 mc  cong (curvature) ưc xác nh:   cong khi bê tông xut hin nt φcr (ti mômen gây nt Mcr)   cong khi bê tông bin dng chy do φy (ti mômen chy do My)   cong khi bê tông bin dng cc hn φu (ti mômen cc hn Mu) Mt ct ngang bn BTCT ưc trình bày dưi ây. Mc tiêu là thit lp ưng quan h (M-φ) cho tit din bn. Xét mt khong chiu rng bn b = 12 in  tính toán, Thép loi Grade 60 và cưng  bê tông f'c = 4 ksi. Gi thit lp bê tông bo v là 1 in. Ba bưc tính toán phi thc hin ti các giai on: a) bt u nt, b) chy do, c) ti hn. Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G a) Bắt đầu nứt (cracking) B qua s tham gia ct thép (b qua chuyn i tit din tương ương), 333gin2161261212bDI =×== Mô un àn hi ca bê tông: ksi3604ksi400057000Ec== Tính môment gây nt, =×==3216100040005,7yIfMtgrcr34,2 kip-in Tính  cong khi bt u nt, 21636042,34IEMgccrcr×==φ= 4,4E-5 in-1 N hư vy to  bt u nt (φcr, Mcr) trên ưng quan h (φ-M) là (4,4E-5 ; 34,2) b) Chảy dẻo (yield)  tính toán, s dng mômen quán tính chuyn i do nt (cracked transformed moment of inertia). Bin dng ti hn trong thép chu kéo là bin dng chy do εy. S phân b ng sut trong bê tông ưc gi thit như  hình trên. Chiu cao vùng bê tông chu nén n trc trung hoà là kd. Bin dng trong thép chu kéo là εy . i vi tit din BTCT ct ơn ta có công thc, n)n(n2k2ρ−ρ+ρ= vi n là t s mô un (n = Es/Ec) và ρ = As/bd. i vi tit din trên ta có, in 4,75 0,25 -1- 6 (4/8)0,5 -1- D d ==×= 0,0070 4,7512)(0,2in2 2=××=ρ; 8,04 360429000 n == ⇒ k = 0,28 (giá tr này hp lý không?) Ans: k < 0,3 không b phá hoi dòn 1” D = 6” #4 @ 6” b = 12” Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G Tính mômen My quanh trng tâm khi bê tông chu nén, mà v trí ca nó cách mép trên ca tit din mt khong bng kd/3, ta có: )3/kdd(fA)jd(fAMssssy−=∑= )3/75,428,075,4(60)in4,0(M2y×−××= =103,4 kip-in  cong tương ng: 75,428,075,40021,0kddyy×−=−ε=φ = 6,1E-4 in-1 N hư vy to  im chy do (φy, My) trên ưng quan h (φ-M) là (6,1E-4 ; 103,4) c) Tới hạn (ultimate) Hình dưi cung cp thông tin cn thit  tìm mômen ti hn (Mu) và  cong ti hn (φu). Gi thit khi ng sut bê tông chu nén dng ch nht kiu Whitney-type (β1 = 0,85), chiu cao n trc trung hoà là: 85,012485,0604,0bf85,0fAc1'cys××××=β= = 0,69 in Mômen ti hn Mu tính bng: )69,085,05,075,4(604,0)c5,0d(fAM1ysu××−××=β−= = 106,9 kip-in  cong ti hn φu là : 69,0003,0cmaxcu=ε=φ = 4,3E-3 in-1 N hư vy to  im ti hn (φu, Mu) là (4,3E-3 ; 106,9). Chú ý ch có khác bit nh gia mômen My (104 kip-in) và mômen Mu (107 kip-in). Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4.2.3 Phân tích mômen-độ cong của dầm BTCT Phân tích mu dm BTCT dưi ây có phương pháp tương t như ví d bn BTCT trình bày  trên. Hai trưng hp s ưc nghiên cu : (a) ch có thép chu kéo, (b) có thép chu kéo và chu nén. Các d liu chính trình bày trong bng dưi ây. 1. Phần 1: Không có thép chu nén (không có 2#9) a) Bắt đầu nứt (0,474) 1113310 fyI Mrtgcr=== 573 kip-in 133103604573IEM gccrcr×==φ= 1,19E-5 in-1 b) Chảy dẻo n = 8,04; ρ = 0,0099 n)n(n2k2ρ−ρ+ρ= = 0,327 ) 3200,32720(600,3 )3kd-(dfA Mysy×−××== = 3207 kip-in 20327,0200021,0kdd yy×−=−ε=φ= 1,56E-4 in-1 c) Tới hạn 85,015485,0600,3bf85,0fA c1'cys××××=β== 4,15 in )215,485,0-(20600,3 )2c-(dfA M1ysu××=β= = 3282 kip-in Cao hc: Xõy Dng Dõn Dng v Cụng N ghip Bi ging: Prof. Andrew Whittaker Mụn hc: Phõn Tớch ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biờn dch: PhD H Hu Chnh Chng 4: QUAN H MễMEN - CON G 15,4003,0c maxcu=== 7,2E-4 in-1 à = u/y = 4,6 2. Phn 2: Cú thộp chu nộn (cú 2#9) a) Bt u nt (nh trờn) (0,474) 1113310 fyI Mrtgcr=== 573 kip-in 133103604573IEM gccrcrì=== 1,19E-5 in-1 b) Chy do n = 8,04; = 0,0099; = 0,0066; d = 20; d = 2 n)'(n)'(n)'d'd(2k22++++= = 0,301 Phng trỡnh tng quỏt ca mụmen My l : )3kd-(dfA )3kd-(dfA M''s'sysy+= vi ng sut thộp chu nộn l hm s ca khong cỏch k. N u ng sut thộp chu kộo l fy, thỡ bin dng thộp chu nộn cú th xỏc nh bng qui tc tam giỏc nh sau: y'sfkdd'dkd f== 17,3 ksi )3200,301-(23,170,2 )3200,301-(20600,3 Myìì+ìì= = 3238 kip-in 20301,0200021,0kdd yyì=== 1,50E-4 in-1 c) Ti hn Tớnh toỏn (u , Mu) ũi hi mt s bc tớnh lp tỡm v trớ trc trung ho. Trong tớnh tay, ban u gi thit bin dng thộp chu nộn 's vt quỏ bin dng chy y , gi thit ny cng s c hu kim. 85,015485,0600,2600,3bf85,0'f'AfA c1'cssysììììì=== 1,38 in )'dd('f'A )2c-cb)(df85,0( Mss11'cu+== 3321 kip-in 38,1003,0c maxcu=== 2,20E-3 in-1 Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G Kim tra li gi thit ban u cho bin dng trong thép chu nén, 0015,0)c'dc( maxc's=−ε=ε= 0,71εy < εy (εy = 0,0021) N hư vy gi thit ban u là không úng và òi hi bưc tính lp khác. Sau mt s ln tính lp ta có: c = 2.90" )9,20,29,2( 003,0)c'dc( maxc's−=−ε=ε= 0,00093 00093,029000E f'sc's×=ε== 27 ksi )'dd('f'A )2c-cb)(df85,0( Mss11'cu−+ββ== 3331 kip-in 9,2003,0c maxcu=ε=φ= 1,0E-3 in-1 ⇒ µφ = φu/φy = 6,7 Bây gi kho sát bng dưi ây cho BTCT t do n ngang (không có ct thép ai). Thép chịu nén BTCT không đai Không Có My 3207 3238 ← ít thay i φy 1,56E-4 1,50E-4 ← không i Mu 3282 3331 ← ít thay i φu 0,72E-3 1,0E-3 ← tăng 40% µφ 4,6 6,7 ← tăng 40% Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4.3 PHÂ TÍCH MÔME-ĐỘ COG CỦA TIẾT DIỆ BN ÉP GAG 4.3.1 Tính toán các đáp ứng Trong tính toán bng tay, mômen ti 3 mc  cong (curvature) cũng ưc xác nh tương t như các tit din t do n ngang:   cong khi bê tông xut hin nt φcr (ti mômen gây nt Mcr)   cong khi bê tông bin dng chy do φy (ti mômen chy do My)   cong khi bê tông bin dng cc hn φu (ti mômen cc hn Mu) Các phương pháp tính toán trình bày sau ây áp dng cho tit din dm BTCT b ép ngang (có b trí thép ai) vi cu to như hình v dưi ây. Thép ai vòng #5 , bưc ai sh = 4”. Bưc tính th nht là xác nh các c trưng ca bê tông b ép ngang. Trong ví d này, mômen un quanh trc x-x gây ra ng sut nén  phn nh ca mt ct dm BTCT (phía thép 2#9). Trc x và y như hình v. Vi tit din như trên, s dng các công thc trong Chương 3 ta có: Do tit din ch nht, gi s h s hiu qu Ke = 0,75, ta có: 4600074,075,0ffKff'cyhxe'c'lx××=ρ== 0,083 "yhhx"xhhyhsA2;hsA2=ρ=ρ⇐ [...]... 4: QUAN H MÔMEN -  CON G Tính mơmen M y quanh trng tâm khi bê tơng chu nén, mà v trí ca nó cách mép trên ca tit din mt khong bng kd/3, ta có: )3/kdd(fA)jd(fAM ssssy −= ∑ = )3/75,428,075,4(60)in4,0(M 2 y ×−××= =103,4 kip-in  cong tương ng: 75,428,075,4 0021,0 kdd y y ×− = − ε =φ = 6,1E-4 in -1 N hư vy to  im chy do (φ y , M y ) trên ưng quan h (φ-M) là (6,1E-4... kip-in 133103604 573 IE M gc cr cr × ==φ = 1,19E-5 in -1 b) Chảy dẻo n = 8,04; ρ = 0,0099 n)n(n2k 2 ρ−ρ+ρ= = 0,327 ) 3 200,327 20(600,3 ) 3 kd -( dfA M ysy × −××== = 3207 kip-in 20327,020 0021,0 kdd y y ×− = − ε =φ = 1,56E-4 in -1 c) Tới hạn 85,015485,0 600,3 bf85,0 fA c 1 ' c ys ××× × = β = = 4,15 in ) 2 15,485,0 -( 20600,3 ) 2 c -( dfA M 1 ysu × ×= β = = 3282 kip-in... QUAN H MÔMEN -  CON G Xét quan h σ−ε dưi ây chu ti ơn ca thép tròn Grade 60 (Priestley, Seible, và Calvi). i vi loi thép này, cưng  chy do mong i- expected yield strength (f ye ) s ln hơn cưng  chy do danh nghĩa- nominal yield strength (f y ) khong 1, 1-1 ,3 ln. Bin dng ε sh = 0,008 và bin dng cc hn ε su = 0,12. Trong min bin dng tái bn - strain-hardening... Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G PHỤ LỤC 1 Chứng minh : n)n(n2k 2 ρ−ρ+ρ= vi k = c/d ; n = E s /E c và ρ = A s /bd; t PTCB lc: ssmax.csc Abkd5,0FF σ=σ⇔= (P 1-1 ) )E(A)E(bkd5,0 sssmax,cc ε=ε⇒ (P 1-2 ) t sơ  bin dng: smax.c smax.c k1 k kddkd ε − =ε⇔ − ε = ε (P 1-3 ) Th (P 1-3 ) vào (P 1-2 ) ta có: )k1(A E E bdk5,0)E(A) k1 k E(bkd5,0 s c s 2 ssssc −=⇒ε=ε − (P 1-4 ) Vì: n...  có mt lưng gim áng k v  cong ti hn φ u Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Mơn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4.4 PHÂ TÍCH MƠME - Ộ COG CỦA TIẾT DIỆ PHỨC TẠP N hiu phân tích mơmen- cong ưc thc hin trong các văn phòng... rt khác nhau. Phn dưi ây là trình bày ơn gin cách thit lp các quan h mômen-  cong cho các tit din bt kỳ. Mt s là kt qu nghiên cu ca Priestley, Seible, và Calvi. Trong phn này, gi thit quan h (σ−ε) ca bê tông ã ưc xác lp trưc (cho trưc).  ây trong phân tích mơmen- cong gi thit rng quan h (σ−ε) ca thép là àn hi do lý tưng ( elastic perfectly plastic ).... ∑ ∫ = ε+ε+ε= n 1i xissi 0,5D c-0,5D xcuc)xcc )(fA)]dx()fb-(b)(f[b P Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Mơn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G • Cơ cu right-hand sway: vi 2 khp do  hai u dm (-) và mt khp do (+) ti v trí có mơmen M max . • Cơ cu left-hand sway: vi 2... )'dd('f'A ) 2 c -cb)(df85,0( M ss 1 1 ' cu −+ β β= = 3331 kip-in 9,2 003,0 c maxc u = ε =φ = 1,0E-3 in -1 ⇒ µ φ = φ u /φ y = 6,7 Bây gi kho sát bng dưi ây cho BTCT t do n ngang (khơng có ct thép ai). Thép chịu nén BTCT khơng đai Khơng Có M y 3207 3238 ← ít thay i φ y 1,56E-4 1,50E-4 ← không i M u 3282 3331 ← ít thay i φ u 0,72E-3 1,0E-3 ← tăng 40% µ φ ... M 1 1 ' ccu β βα= = 3215 kip-in 36,2 0028,0 c cm u = ε =φ = 1,19E-2 in -1 y u φ φ =µ φ = 79,3 Bây gi kho sát bng so sánh thông s dưi ây cho BTCT t do n ngang v BTCT b ép ngang (khơng/có ct thép ai). Thép đai BTCT cốt đơn Khơng Có M y 3207 3207 ← khơng i φ y 1,56E-4 1,56E-4 ← khơng i M u 3282 3215 ← ít thay i φ u 0,72E-3 1,19E-2 ← tăng 17 ln µ φ ... N hư vy to  im ti hn (φ u , M u ) là (4,3E-3 ; 106,9). Chú ý ch có khác bit nh gia mơmen M y (104 kip-in) và mômen M u (107 kip-in). Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Mơn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4 60 0114,075,0 f f K f f ' c yh ye ' c ' ly ××=ρ= = . Chương 4: QUAN HỆ MÔMEN - ĐỘ CONG Chương 4: QUA HỆ MÔME - ĐỘ COG 4.1 SỰ PHÂ PHỐI LẠI MÔ ME TROG HỆ BTCT 4.1.1 Hệ chịu tải trọng đứng. Chương 4: QUAN H MÔMEN -  CON G 4.4 PHÂ TÍCH MÔME - Ộ COG CỦA TIẾT DIỆ PHỨC TẠP N hiu phân tích mômen-  cong ưc thc hin trong

Ngày đăng: 19/10/2012, 08:32

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan