chuong 3 dam thep

1

CHƯƠNG 3:

DẦM THÉP

2

§3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM THÉP

1. Phân loại dầm

a) Theo sơ đồ kết cấu

- Dầm đơn giản: có 1 nhịp

- Dầm liên tục: có nhiều nhịp bằng nhau hoặc không bằng nhau.

- Dầm có mút thừa

- Dầm congxon

b) Theo công dụng

- Dầm sàn:

- Dầm cầu:

- Dầm cầu chạy:

- Dầm cửa van

3


c) Theo cấu tạo tiết diện

tf > tw để đưa vật liệu ra xa trọng tâm; h > b ; Wx >> Wy

Thích hợp để làm dầm chịu uốn phẳng Mx.

Dầm hình tiết diện chữ

Nếu hI = h[ thì b[ > bI

=> dầm thép tiết diện chữ [ chịu uốn quanh trục y-y tốt hơn dầm thép chữ I.

Thuờng được sử dụng cho dầm chịu uốn xiên Mx và My (xà gồ mái nhà);

hoặc làm dầm tường, dầm sàn khi vượt nhịp bé và chịu tải trọng nhỏ.

Dầm hình tiết diện chữ I

NĐ: Số hiệu tiết diện và kích thước tiết diện bị hạn chế.

tw

tf

tf

(tiếp 2/4)

5


Chế tạo đơn giản, không tốn vật liệu cho các chi tiết phụ => được sử dụng phổ biến.

Dầm tổ hợp liên kết hàn (dầm hàn):

liên kết bản bụng và bản cánh dầm bằng hàn.


tw

tf

tf

(tiếp 3/4)

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

6


- Chế tạo phức tạp và tốn vật liệu để làm các chi tiết phụ (thép góc bản cánh, bulông).

Dầm tổ hợp liên kết bulông (dầm bulông): liên kết bản bụng và bản cánh dầm bằng bulông. Bản cánh gồm 2 phần: bản đậy và thép góc bản cánh.

Dầm tổ hợp liên kết đinh tán (dầm đinh tán): liên kết bản bụng và bản cánh dầm bằng đinh tán.


- Nhưng chịu tải trọng động tốt hơn dầm hàn. - Thích hợp để làm dầm vượt nhịp lớn và chịu tải trọng lớn.

(tiếp 4/4)

7

2. Hệ dầm thép

a) Hệ dầm đơn giản

Chỉ gồm các dầm đặt song song với nhau theo phương cạnh ngắn để chịu lực.

Bản sàn làm việc như bản kê hai cạnh (l > 2b).

Độ cứng và khả năng chịu lực của hệ kết cấu dầm sàn không lớn.

Thích hợp cho sàn vượt nhịp l không lớn và chịu tải trọng bé.

Bề rộng b phù hợp cho kết cấu bản sàn: Đối với bản sàn thép mỏng thì b = 0,8 ~ 1,2 m

Tường đỡ

8

2. Hệ dầm thép

Gồm các cột và 2 hệ dầm đặt vuông góc với nhau để cùng chịu lực:

- Hệ dầm phụ tựa trên hệ dầm chính; nhịp dầm phụ là B.

- Hệ dầm chính tựa trên các cột. Nhịp dầm chính là L;

b) Hệ dầm phổ thông

(tiếp 2/6)

Cột

Thích hợp cho sàn vượt nhịp L tương đối lớn và chịu tải trọng q lớn : q 3000 daN/cm2; L x B 36 m x 12 m.

9

2. Hệ dầm thép

Gồm 2 hệ dầm phụ đặt vuông góc với nhau :

Dầm sàn đặt kê lên dầm phụ và dầm phụ liên kết thấp với dầm chính.

- Nhịp của dầm sàn là l;

- Nhịp của dầm phụ là B;

- Nhịp của dầm chính là L.

Thích hợp cho sàn chịu tải trọng rất lớn (q 3000 daN/cm2).

Cấu tạo liên kết dầm giao với dầm khá phức tạp, tốn công chế tạo.

Có 3 cách liên kết giữa các dầm với nhau: liên kết chồng, liên kết bằng mặt; liên kết thấp.

c) Hệ dầm phức tạp

(tiếp 3/6)

Cột

10

2. Hệ dầm thép

Liên kết chồng:

Liên kết chồng có cấu tạo đơn giản, thuận tiện để lắp ghép; nhưng làm tăng chiều cao kiến trúc của hệ dầm;

=> ít được sử dụng; chỉ nên dùng đối với sàn có kích thước nhỏ và chịu tải trọng nhỏ.

Bản sàn chỉ được gối lên 2 cạnh (gối lên 2 dầm phụ) nên độ cứng và khả năng chịu lực không cao;

Dầm chính

Dầm phụ

d) Các loại liên kết dầm với nhauh = hdc + hdp

(tiếp 4/6)

11

2. Hệ dầm thép

Liên kết bằng mặt:

Mặt trên của dầm chính và dầm phụ đều nằm cùng một cao độ, nên chiều cao của dầm chính chính là chiều cao của hệ dầm.

Bản sàn được kê bốn cạnh (gối lên cả dầm phụ và dầm chính) nên độ cứng và khả năng chịu lực đều tăng. => hay được sử dụng.

Liên kết bằng mặt có cấu tạo phức tạp, tốn các chi tiết liên kết;

h = hdc

Dầm chính

Dầm phụ

=> Hệ dầm phổ thông với liên kết bằng mặt hay được sử dụng.

d) Các loại liên kết dầm với nhau

(tiếp 5/6)

Dầm phụ

12

2. Hệ dầm thép

Liên kết thấp:

Dầm sàn (đặt chồng) liên kết chồng với dầm phụ;

Dầm phụ được đặt thấp hơn dầm chính, sao cho mặt trên của dầm sàn có cùng cao độ với dầm chính.

Bản sàn chỉ được kê 2 cạnh (gối lên dầm sàn và dầm chính) nên có độ cứng của hệ dầm sàn và khả năng chịu lực thấp.

Liên kết thấp có cấu tạo rất phức tạp, tốn các chi tiết liên kết, nhưng chiều cao của dầm chính chính là chiều cao của hệ dầm.

h = hdc

Dầm chính

Dầm phụ

Dầm sàn

d) Các loại liên kết dầm với nhau

(tiếp 6/6)

13

3. Chiều dài dầm, nhịp dầm thép

là khoảng cách giữa các gối tựa, hay khoảng vượt của dầm;

L có giá trị theo môđun, là những con số chẵn.

b) Khoảng thông thuỷ L0 :

là khoảng cách gần nhất giữa hai gối tựa;

c) Chiều dài chế tạo của dầm L1 :

trong đó là sai số chế tạo, hay khe hở cần thiết cho việc lắp dựng; thường = 5 ~ 10 mm.

LL1

a) Khoảng cách định vị của dầm L:

14

3. Chiều dài dầm, nhịp dầm thép

d) Nhịp tính toán của dầm l :

Nhịp tính toán của dầm được xác định phụ thuộc vào cách tựa dầm lên gối và loại vật liệu của gối tựa (là thép, bê tông hay gạch).

- Nếu gối tựa là cột bê tông cốt thép; hoặc tường xây gạch có dầm bao bê tông cốt thép; hoặc bản thép phủ đỉnh cột thép: lấy l = Lo + (L1 - Lo) / 2.

Khi dầm gối trực tiếp lên:

- Nếu gối tựa là tường xây gạch: lấy l = L1 = L - .

Trong trường hợp này, thuờng nhịp tính toán là số lẻ và l < L , nên để dễ tính toán và thiên về an toàn: thường lấy l = L.

15

4. Chiều cao của tiết diện dầm h

tw

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hwh

Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

- Yêu cầu chịu lực (TTGH 1)

- Yêu cầu về độ võng (TTGH 2)

- Yêu cầu về kinh tế (trọng lượng của dầm là bé nhất)

=> Tuy nhiên, cần xác định chiều cao hợp lý của dầm hkt (chiều cao kinh tế) để đảm bảo trọng lượng của dầm là bé nhất.

Tăng chiều cao h sẽ rất hiệu quả để tăng khả năng chịu uốn và giảm độ võng của dầm.

16


hmax : là chiều cao lớn nhất của dầm để thoả mãn được yêu cầu về không gian sử dụng và yêu cầu về mỹ quan (qui định theo kiến trúc).

hmin : là chiều cao nhỏ nhất của dầm để thoả mãn được điều kiện về độ võng (TTGH 2).

hkt : là chiều cao kinh tế của dầm để đảm bảo dầm có trọng lượng bé nhất (Gd = Min).

maxmin hhh

kthh

Điều kiện bắt buộc

Điều kiện nên đảm bảo

tw

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hwh

17


a) Xác định chiều cao hmin

- Chiều cao hmin của dầm được xác định dựa theo điều kiện về độ võng.

gc , pc : là TT tiêu chuẩn và HT tiêu chuẩn tác dụng phân bố đều trên chiều dài dầm.

8.2

max

lpgM pc

gc

fh

MM

/2IW x

max

x

maxmax

h

fIlpg x

pc

gc 2

8.2

tbtbx

pc

gc

Eh

lf

IE

llpg

1

24

51

848

5 222

max

l

cc pg ,

(tiếp 2/7)

EI

lpg cc

4

max 384

5

18


tbtbx

pc

gc

Eh

lf

IE

llpg

1

24

51

848

5 222

max

pc

gc

cc

tb pg

pg

1

Hệ số vượt tải trung bình được xác định bởi:

l

cc pg ,a) Xác định chiều cao hmin

(tiếp 3/7)

19


Chiều cao hkt của dầm được xác định khi trọng lượng dầm là bé nhất.

Trọng lượng dầm trên 1 m dài :

: là trọng lượng của bản bụng dầm trên 1 m dài;

: là trọng lượng của 1 cánh dầm trên 1 m dài;

Aw , Af : là diện tích tiết diện bản bụng và 1 bản cánh dầm.

: là hệ số xét đến các chi tiết cấu tạo của bụng và của cánh dầm.

: là trọng lượng riêng của vật liệu thép làm dầm (7850 daN/cm3)

www Ag fff Ag

fw ,

fwd ggg 2

b) Xác định chiều cao kinh tế hkt

(tiếp 4/7)

Tìm cách xây dựng phương trình xác định trọng lượng dầm gd theo biến số là chiều cao h.

20


Coi bản cánh chịu mô men Mmax và phần tham gia của bản bụng chỉ kể đến bằng hệ số C.

Thay vào fk

xf h

MCN max,

fA

N

f

f

fAh

MCf

fk

x max,ta có hay

Đồng thời ta có fM

x

x Wmax,

max

Thay Af và Mx,max vào biểu thức xác định ở trên, ta có:

ffk

xwwwd h

WCthg 2

dg

là hàm của

hw , tw : là chiều cao và bề dầy bản bụng dầm.


(tiếp 5/7)

hay

wfk hhh

21


Vì chưa biết h nên ta coi hw = hfk = h (thông thường tf nhỏ, khoảng 2 ~ 3 cm).

Khảo sát hàm số trên ta có: 0W22

fx

ww h

Ct

w

x

w

fkt t

WCh

2

w

fCk

2

ffk

xwwwd h

WCthg 2 là hàm của

với

- Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2~1,15 ;

- Để xác định được hkt ta cần phải chọn trước tw:

(tw = 8~12 mm khi nhịp l = 9~15 m).


(tiếp 6/7)

wfk hhh

22


Chiều cao tiết diện dầm h có thể chọn lân cận của hkt vì đều cho trọng lượng dầm gần với gmin.

O

d

h

ming

hkt

dg

gw

2gf


(tiếp 7/7)

23

§3.3 THIẾT KẾ

DẦM THÉP HÌNH

24

§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH

Trọng lượng bản thân của dầm gd vẫn chưa biết nên ban đầu giả thiết sơ bộ trọng lượng dầm để tính Mmax;

Yêu cầu: Xác định hình dạng và kích thước tiết diện dầm ?

Cách tiến hành: - Chọn sơ bộ tiết diện dầm theo 1 yêu cầu chính chịu Mmax; - Tiếp theo tính toán kiểm tra lại tiết diện đã chọn để thoả mãn chịu

các yêu cầu khác: như chịu Vmax, chịu đồng thời M + V;

l

cp

cg pngnq

Vmax

Mmax

- Vật liệu thép sử dụng: f, E;

- Sơ đồ kết cấu: dầm đơn giản, nhịp tính toán l;

- Tải trọng tác dụng: Phân bố đều q = TT tính toán + HT tính toán.

25

1. Chọn sơ bộ tiết diện dầm

Chọn sơ bộ tiết diện dầm theo yêu cầu chính để chịu Mmax


Mmax

26


Chọn hình dạng tiết diện của dầm: chọn dạng tiết diện chữ I.

Sử dụng bảng thép định hình tiết diện chữ I để tìm số hiệu thép có Wx đảm bảo điều kiện trên.

1. Chọn tiết diện dầm thép hình

Xác định mômen kháng uốn yêu cầu theo điều kiện bền chịu Mmax:

cx

x fM

Wmax,

max

Các thông số cần tra bảng để cho bước sau:

- Các đặc trưng hình học của tiết diện được chọn: Ix, Wx, Sx, tw.

- trọng lượng trên 1 m dài (gd).

27

2. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

2.1 Kiểm tra bền (TTGH 1)

• Theo điều kiện bền chịu uốn tại tiết diện có Mmax và V = 0;

• Theo điều kiện bền chịu cắt tại tiết diện có Vmax và M = 0;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn và cắt tại tiết diện có M và V cùng lớn;

• Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ của bản bụng dầm;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời ứng suất do uốn, cắt và cục bộ’

2.2 Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2)

2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm.

28


2. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

2.1 Kiểm tra bền:

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn Mmax:

Mx,max : là mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa dầm do tải trọng tính toán gây ra, bao gồm cả trọng lượng bản thân của dầm gd.

Wnx : là mô men kháng uốn của tiết diện thực được kiểm tra đối với trục x-x (tiết diện đã trừ đi các giảm yếu như do khoét lỗ).

l

Vmax

Mmax

(tại tiết diện giữa dầm)

29




b) Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax:

Vmax : là lực cắt lớn nhất tại tiết diện sát gối dầm do tải trọng tính toán gây ra.

Sx : là mô men tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x (đối với tiết diện chữ i);

Trường hợp tổng quát, Sx là mô men tĩnh của phần tiết diện nguyên bên trên thớ cần tính ứng suất cắt lớn nhất đối với trục trung hoà x-x.

l

Vmax

Mmax

(tại tiết diện sát gối dầm)

(tiếp 2/7)

30




F : là tổng lực tác dụng cục bộ (từ dầm phụ kê lên cánh trên) truyền xuống bản bụng dầm thông qua bản cánh trên.

lz : là chiều dài tính toán của diện tích bản bụng chịu tải trọng cục bộ F.

c) Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ (do tải trọng tập trung F)

F

b

ft

z tw

tf

yhh y

h w

Bản bụng dầm không có sườn cứng gia cường.

+ đối với dầm tổ hợp hàn: lz = b + 2 tf ; b là chiều dài thực tế truyền tải trọng F xuống cánh trên của dầm; tf là bề dầy bản cánh trên của dầm.

+ đối với dầm đinh tán hoặc bulông: lz = b + 2 hy

Dầm chính

Dầm phụ

31




d) Theo điều kiện chịu chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp, ứng suất cục bộ:

Mx, V và F : là mô men, lực cắt và lực tập trung tính toán tại tiết diện kiểm tra.

Các ứng suất pháp và tiếp được lấy ở cùng một điểm ứng với thớ trên của chiều cao tính toán của bản bụng dầm.

Sx : là mô men tĩnh của phần bên trên của điểm được kiểm tra (của phần bản cánh và một phần bản bụng lấy hết góc chuyển tiếp giữa bản bụng và bản cánh).

y : là khoảng cách từ điểm tính toán đến trục trung hoà x-x.

Giá trị của và lấy dấu dương nếu là kéo, lấy dấu âm nếu là nén.

yI

M

nx

x zw

c lt

F

wx

x

tI

SV

c

(tiếp 4/7)

32



2.2 Kiểm tra độ võng của dầm

Nếu đã chọn chiều cao dầm h > hmin thì có thể không cần kiểm tra theo điều kiện độ võng này. Chú ý khi xác định hmin thì gần đúng đã lấy hw = hfk = h.

Công thức kiểm tra độ võng của dầm :

: là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn gây ra; và

: là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế.

max

l/

(tiếp 5/7)

33



2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

Công thức kiểm tra ổn định tổng thể của dầm:

b 1b: là hệ số ổn định tổng thể của dầm;

và phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- độ cứng ngoài mặt phẳng Iy / Ix;

- độ cứng chống xoắn It / Iy ;

- chiều cao tiết diện dầm và chiều dài nhịp tính toán h/l0 ;

- vật liệu sử dụng E/f.

(tiếp 6/7)

x

yxx

y

y

FF

l

Dầm mất ổn định tổng thể

34

Hệ số được xác định theo hệ sốb

Nếu lấy và;85,01 1 b

1 121,068,0 bNếu > 0,85 lấy

: là hệ số được tra bảng, xét đến số lượng các điểm cố kết trên cánh nén của dầm, dạng tải trọng tác dụng, vị trí tác dụng của tải trọng ở cánh trên hay cánh dưới của dầm và phụ thuộc vào hệ số . Với thép hình dạng chữ I thì :

It : là mô men quán tính khi xoắn của tiết diện dầm;

Iy : là mô men quán tính của tiết diện dầm được kiểm tra đối với trục y-y (trục ngoài mặt phẳng uốn);

lo : là chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh nén.

Nếu điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể không thoả mãn => cần tăng bề rộng b hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng lo.

35

§3.4 THIẾT KẾ

DẦM THÉP TỔ HỢP

36

§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép định hình không đáp ứng được. (số hiệu thép bị hạn chế).

Dầm thép tổ hợp tiết diện dạng chữ I đối xứng theo cả hai phương được sử dụng phổ biến.

Dầm thép tổ hợp hàn sử dụng các đường hàn để liên kết bản bụng và bản cánh với nhau.

tw

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

Ký hiệu các kích thước tiết diện

hwh

Cần có giải pháp dầm thép tổ hợp chữ I với hình dạng và kích thước tiết diện đa dạng.

37

§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

tw

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hwh

Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

1. Yêu cầu chịu lực (TTGH 1)

2. Yêu cầu về độ võng (TTGH 2)

3. Yêu cầu về kinh tế (trọng lượng của dầm là bé nhất)

=> Tuy nhiên, cần xác định chiều cao hợp lý của dầm hkt (chiều cao kinh tế) để đảm bảo trọng lượng của dầm là bé nhất.

Tăng chiều cao h sẽ rất hiệu quả để tăng khả năng chịu uốn và giảm độ võng của dầm.

38

§ 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

hmax : là chiều cao lớn nhất của dầm để thoả mãn được yêu cầu về không gian sử dụng và yêu cầu về mỹ quan (qui định theo kiến trúc).

hmin : là chiều cao nhỏ nhất của dầm để thoả mãn được điều kiện về độ võng (TTGH 2).

hkt : là chiều cao kinh tế của dầm để đảm bảo dầm có trọng lượng bé nhất (Gd = Min).

maxmin hhh

kthh

- Điều kiện bắt buộc:

- Điều kiện nên đảm bảo:

1. Chọn chiều cao tiết diện dầm h

tw

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hwh

39


1. Chọn chiều cao tiết diện dầm h

l

cc pg ,

pc

gc

cc

tb pg

pg

1

w

fCk

2

với

với

Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều (gc , pc : là TT tiêu chuẩn và HT tiêu chuẩn)

Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2 ~ 1,15

Để xác định được hkt, cần phải chọn trước tw:tw = 8 ~ 12 mm khi nhịp l = 9 ~ 15 m.

40

a) Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

c) Theo công thức kinh nghiệm và theo cấu tạo

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

2. Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw


41


a) Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax :

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

Sx : là mômen tĩnh của một nửa tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

Ix : là mômen quán tính của tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

fv : là cường độ chịu cắt tính toán của thép làm dầm;

Vmax : là lực cắt lớn nhất trong dầm do tải trọng tính toán gây ra.

Lấy hw h.

hw h

cvww

www

ww

wx

x fth

V

tht

htV

tI

SV

max

3

2

maxmax

max 2

3

12

8

42


b) Theo điều kiện ổn định cục bộ :

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

Dầm không sườn có bề dầy bản bụng lớn, nhưng lại không tốn thép để làm sườn và không tốn công để tạo sườn, thuận tiện cho việc tự động hoá trong chế tạo => có thể hạ thấp được tổng chi phí chế tạo và dựng lắp.

Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm khi không sử dụng sườn gia cường:

hw h

43


c) Theo công thức kinh nghiệm va cau tao:

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h(mm)

Khi chiều cao dầm h vào khoảng từ 1 ÷ 2 m và chịu tải trọng thông thường:

Việc chọn tw cần phải đảm bảo các yêu cầu về qui cách của thép bản và bề dày tối thiểu để đảm bảo chống gỉ.

44

3. Chọn các kích thước củabản cánh dầm bf, tf

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn nhất , Mmax

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

c) Theo các yêu cầu cấu tạo

bf

tf

tfBản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

45

3. Chọn các kích thước bản cánh của dầm bf, tf

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn nhất Mmax:

cx

fW

M max

42

12

22

2

23fk

ffww

fxwxx

x

htb

ht

hII

hh

IW

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

bf

tf

Iwx và Ifx là mô mem quán tính của bản bụng và bản cánh đối với trục x-x.

Lấy gần đúng hw = hfk = h.

46


b) Theo điều kiện ổn định cục bộ :

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

bf

tf

47


c) Theo các yêu cầu cấu tạo :

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

bf

tf

- Chọn tf > tw

- Dầm thông thường: tf = 12 ÷ 24 mm.

- Không nên chọn tf > 30 mm.

- Chọn bf ≤ 30 tf để ứng suất phân bố được đều trên bề rộng của bản cánh chịu kéo và để đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ cho bản cánh chịu nén.

- Cần phải đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể của dầm, đồng thời để dễ liên kết dầm với các cấu kiện khác:

bf = (1/2 ÷ 1/5) h

bf ≥ 180 mm

bf ≥ 1/10 h

48

4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn4.1 Kiểm tra bền (TTGH 1)

• Theo điều kiện bền chịu uốn tại tiết diện có Mmax và V = 0;

• Theo điều kiện bền chịu cắt tại tiết diện có Vmax và M = 0;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn và cắt tại tiết diện có M và V cùng lớn;

• Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ của bản bụng dầm;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời ứng suất do uốn, cắt và cục bộ’

4.2 Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2)

4.3 Kiểm tra ổn định của dầm tổ hợp:

• Kiểm tra ổn định tổng thể

• Kiểm tra ổn định cục bộ của các bản thép làm dầm

49




a) Theo điều kiện bền chịu Mmax, V = 0:

Mx,max : là mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa dầm do tải trọng tính toán gây ra, bao gồm cả trọng lượng bản thân của dầm gd.

Wnx : là mô men kháng uốn của tiết diện thực được kiểm tra đối với trục x-x (tiết diện đã trừ đi các giảm yếu như do khoét lỗ).

l

Vmax

Mmax

(tại tiết diện giữa dầm)

42

122

12

2

2

233fk

ffffwwx

nx

htb

tbht

hh

IW

50




b) Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax, M=0:

Vmax : là lực cắt lớn nhất tại tiết diện sát gối dầm do tải trọng tính toán gây ra.

Sx : là mô men tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x (đối với tiết diện chữ i);

l

Mmax

(tiếp 2/7)

Vmax

(tại tiết diện sát gối dầm)

Sx = tf x bf x hfk/2 cong tw x hw/2 x hw/4

51




c) Theo điều kiện bền chịu đồng thời M và V:

h0 : là chiều cao tính toán của bản bụng dầm; h0 = hw đối với dầm tổ hợp hàn;

Scx : là mô men tĩnh của 1 cánh dầm đối với trục x-x.

l

M

(tiếp 2/7)

V

h

h

W

M

x

x 01

wx

cx

tI

SV1

22/fkffcx htbS

52

§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH TỔ HỢP



F : là tổng lực tác dụng cục bộ (từ dầm phụ kê lên cánh trên) truyền xuống bản bụng dầm thông qua bản cánh trên.

lz : là chiều dài tính toán của diện tích bản bụng chịu tải trọng cục bộ F.

e) Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ (do tải trọng tập trung F)

F

b

ft

z tw

tf

yhh y

h w

Bản bụng dầm không có sườn cứng gia cường.

+ đối với dầm tổ hợp hàn: lz = b + 2 tf ; b là chiều dài thực tế truyền tải trọng F xuống cánh trên của dầm; tf là bề dầy bản cánh trên của dầm.

+ đối với dầm đinh tán hoặc bulông: lz = b + 2 hy

Dầm chính

Dầm phụ

lz

53




f) Theo điều kiện chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp, ứng suất cục bộ:

Mx, V và F : là mô men, lực cắt và lực tập trung tính toán tại tiết diện kiểm tra.

Các ứng suất pháp và tiếp được lấy ở cùng một điểm ứng với thớ trên của chiều cao tính toán của bản bụng dầm.

Sx : là mô men tĩnh của phần bên trên của điểm được kiểm tra (của phần bản cánh và một phần bản bụng lấy hết góc chuyển tiếp giữa bản bụng và bản cánh).

y : là khoảng cách từ điểm tính toán đến trục trung hoà x-x.

Giá trị của và lấy dấu dương nếu là kéo, lấy dấu âm nếu là nén.

yI

M

nx

x zw

c lt

F

wx

x

tI

SV

c

(tiếp 4/7)

54



4.2 Kiểm tra độ võng của dầm

Nếu đã chọn chiều cao dầm h > hmin thì có thể không cần kiểm tra theo điều kiện độ võng này. Chú ý khi xác định hmin thì gần đúng đã lấy hw = hfk = h.

Công thức kiểm tra độ võng của dầm :

: là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn gây ra; và

: là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế.

max

l/

(tiếp 5/7)

55



4.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

Công thức kiểm tra ổn định tổng thể của dầm:

b 1b: là hệ số ổn định tổng thể của dầm;

và phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- độ cứng ngoài mặt phẳng Iy / Ix;

- độ cứng chống xoắn It / Iy ;

- chiều cao tiết diện dầm và chiều dài nhịp tính toán h/l0 ;

- vật liệu sử dụng E/f.

(tiếp 6/7)

x

yxx

y

y

FF

l

56

Xác định hệ số ổn định tổng thể của dầm: ?b

Nếu lấy và;85,01 1 b

1 121,068,0 bNếu > 0,85 lấy

: là hệ số được tra bảng, xét đến số lượng các điểm cố kết trên cánh nén của dầm, dạng tải trọng tác dụng, vị trí tác dụng của tải trọng ở cánh trên hay cánh dưới của dầm và phụ thuộc vào hệ số . Với thép hình dạng chữ I thì :

It : là mô men quán tính khi xoắn của tiết diện dầm;

Iy : là mô men quán tính của tiết diện dầm được kiểm tra đối với trục y-y (trục ngoài mặt phẳng uốn);

lo : là chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh nén.

Nếu điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể không thoả mãn => cần tăng bề rộng b hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng lo.

57



4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của dầm

(tiếp 6/7)

a) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh nén:

b) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất tiếp:

Dầm chịu tải trọng tĩnh

Dầm chịu tải trọng động

58



4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của dầm

(tiếp 6/7)

c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất pháp :

c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất pháp và ứng suất tiếp :

59

3.5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ

CỦA DẦM THÉP

1. Hiện tượng và nguyên nhân

2. Tính toán ổn định tổng thể của dầm

60

3.5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP


Tĩnh tải và Hoạt tải tác dụng theo chiều từ trên xuống dưới => dầm bị uốn quanh trục x-x.

Chuyển vị

0Y0X

Tiết diện dầm thiết kế có : h >> bf ; Ix >> Iy; Độ cứng ngoài mặt phẳng và độ chứng chống xoắn của dầm là rất bé.

l

cc pg ,

Mômen uốn

0xM

0yM h

bf

61



cpcg

Hiện tượng : Khi tăng tải trọng đến 1 giá trị nào đó thì dầm có thể bị cong vênh, chuyển vị ra ngoài mặt phẳng.

0X 00YDầm bị mất ổn định tổng thể (bị oằn ngang)

Trục dầm bị võng trong mặt phẳng uốn và bị oằn vênh ngang, nhưng hình dạng của tiết diện dầm vẫn không thay đổi.

Nguyên nhân: kết cấu chịu ứng suất nén nên bị cong vênh.

Bản cánh dưói của dầm congxôn và một phần bản bụng chịu ứng suất pháp nén => dễ bị cong vênh ra ngoài mặt phẳng.

Tồn tại cả chuyển vị theo 2 phương y-y, x-x và đồng thời tiết diện dầm bị xoay tương đối với nhau:

62



Điều kiện để hiện tượng mất ổn định tổng thể của dầm không xảy ra: crx MM max,

Biểu thức xác định mô men uốn tới hạn của dầm :

: là hệ số xét đến dạng biểu đồ mô men, phụ thuộc cách đặt tải theo chiều dài dầm;

c : là hệ số xét đến liên kết ở 2 đầu dầm và tải trọng đặt lên cánh trên hay cánh dưới của dầm;

l0 : là chiều dài tính toán của cánh chịu nén theo phương ngoài mặt phẳng uốn của dầm (khoảng cách các điểm ngăn cản chuyển vị ngang).

E, G : là mô đun đàn hồi uốn và cắt của vật liệu thép;

: là hệ số Poátxông (= 0,3 đối với thép) ;

)1(2

EG

63



It : là mô men xoắn của tiết diện dầm. đối với tiết diện chữ I tổ hợp hàn từ 3 bản thép: 3

)2(25,1 33wwff

t

thtbI

2

04

h

l

I

I

E

G

y

t

ff

w

ffk

w

tb

ta

bh

tl 32

0 18

Biểu thức xác định mô men uốn tới hạn của dầm :

hfk : là khoảng cách trọng tâm của 2 cánh dầm; a = 0,5hfk

Hệ số

Đối với dầm tổ hợp hàn dạng chữ I:

(tiếp 2/6)

64



Biểu thức xác định ứng suất tới hạn:

2

0 12

h

lGE

I

IcB

y

t

(tiếp 3/6)

65



Điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể của dầm:

= 0,95 : là hệ số điều kiện làm việc khi kiểm tra ổn định tổng thể của dầm;

< 1 : là hệ số ổn định tổng thể của dầm, được tra bảng phụ thuộc vào các hệ số ; và (xem Phần 3.2).

c

b 1

với

(tiếp 4/6)

66



Ổn định tổng thể của dầm không cần phải kiểm tra khi đảm bảo các điều kiện sau:

- Cánh nén của dầm được liên kết chắc chắn với bản sàn bằng thép hoặc bằng BTCT;

- Khi tỷ số nhịp tính toán l0 và bề rộng bản cánh nén bf thoả mãn điều kiện:

15f

f

t

b 15f

f

t

bNếu lấy

(tiếp 5/6)

67



Các biện pháp tăng cường ổn định tổng thể:

2

0

,

l

h

I

IB

W

M

x

y

x

xcrcr

2

0 12

h

lGE

I

IcB

y

t

crx

x

W

M

Để điều kiện ổn định tổng thể của dầm được đảm bảo thì cần tăng vế phải (tăng khả năng ổn định của dầm);

Mx và Wx không thay đổi (yêu cầu không đổi);

- Sử dụng các bản sàn BTCT hay thép liên kết chặt với cánh nén của dầm;

- Giảm chiều dài tính toán của cánh nén dầm ngoài mặt phẳng l0, bằng cách bố trí thêm các hệ giằng, hệ thanh chống ngang.

- Chọn lại tiết diện để tăng các tỷ số: fk

f

h

b

x

y

I

I

f

f

t

b; ;

(tiếp 6/6)

68

3.6 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ

CỦA DẦM THÉP TỔ HỢP

(BẢN CÁNH NÉN, BẢN BỤNG)


2. Tính toán ổn định cục bộ của dầm

69

3.5 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA DẦM THÉP


Bản cánh và bản bụng dầm tổ hợp là những bản mỏng có bề dầy nhỏ hơn nhiều so với bề rộng hay chiều cao của chúng (tf << bf và tw << hw).

Do bản cánh chịu ứng suất nén và bản bụng chịu ứng suất cắt và ứng suất nén => có thể bị cong vênh, oằn cục bộ ra ngoài mặt phẳng của chúng, đựơc gọi là hiện tượng mất ổn định cục bộ.

Khi các các bản cánh và bản bụng mất ổn định cục bộ thì hình dạng tổng thể của dầm hầu như không thay đổi, nhưng hình dạng của các tiết diện dầm là thay đổi, khác so với hình dạng ban đầu.

70



Bản cánh nén và bản bụng dầm bị cong vênh, oằn ngang => chiều cao h của tiết diện bị giảm cục bộ và đồng thời tiết diện mất tính đối xứng => mô men quán tính (Ix, Iy), mô men kháng uốn (Wx, Wy) của tiết diện bị giảm => phân bố ứng suất trong tiết diện thay đổi và tăng lên => dẫn đến dầm bị phá hoại tổng thể, phá hoại do mất ổn định tổng thể hay phá hoại do bền

Các ô bản mỏng có các kích thước khác nhau, điều kiện biên khác nhau, chịu các tác dụng khác nhau => ứng suất pháp tới hạn và ứng suất tiếp tới hạn để không xảy hiện tượng mất ổn định cục bộ của bản mỏng là khác nhau.

Điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ của bản thép:

71



22

2

2

)1(12

a

tk

a

tECcr

2

2

2

)1(12

w

wvcr h

tEk

t, a : là bề dầy và bề rộng của bản;

C , k : là hệ số phụ thuộc vào loại ô bản, kích thước của ô bản và dạng ứng suất tác dụng lên ô bản;

Công thức xác định ứng suất tiếp tới hạn của bản mỏng:

Công thức xác định ứng suất pháp tới hạn của bản mỏng:

: là hệ số poatxông của thép (= 0,3).

72

2. Ổn định cục bộ của bản cánh nén

Hiện tượng: - Bản cánh nén bị oằn theo phương đứng dọc theo biên tự do;- Ngoài ra 1 phần bản bụng bị oằn ngang nên toàn bộ bản cánh nén cũng bị oằn theo phương đứng.

Kích thước của bản cánh nén: coi như bản mỏng dài vô hạn;

Liên kết: 1 cạnh dài tựa lên bản bụng dầm, được coi là liên kết khớp với bản bụng dầm (tw < tf và hw lớn); cạnh dài đối diện là tự do.

73

2. Ổn định cục bộ của bản cánh nén

Biểu thức xác định ứng suất pháp tới hạn của cánh nén dầm:

b0f là bề rộng tính toán của bản cánh nén dầm: b0f = (bf - tw) / 2.

Điều kiện chịu lực hợp lý : Coi bản bụng mất ổn định cục bộ xảy ra đồng thời với mất khả năng chịu lực về bền nó dưới tác dụng của ứng suất pháp nén. 　 (phá hoại về bền xảy ra sau phá hoại do mất ổn định tổng thể):

Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh nén:

74

3. Ổn định cục bộ của bản bụng

Phân tố chịu ứng suất trượt thuần tuý phân tố xoay 1 góc 45o chịu ứng suất nén chính và kéo chính => bản bụng bị cong vênh theo phương ứng suất nén chính.

Kích thước của bản bụng: coi như bản mỏng và dài vô hạn.

Liên kết: 2 cạnh dài của bản được coi là ngàm đàn hồi với cánh dầm (do dầm bị võng xuống).

21

3.1 Do tác dụng của ứng suất tiếp

2 1

75


Hiện tượng: Phần bản bụng đầu dầm chủ yếu chịu tác dụng của lực cắt hay ứng suất tiếp có thể bị phồng ra ngoài mặt phẳng của nó (góc nghiêng khoảng 45o), gọi là bản bụng dầm bị mất ổn định do ứng suất tiếp.

Biểu thức xác định ứng suất tiếp tới hạn của bản bụng dầm:

kv là hệ số (thực nghiệm) phụ thuộc vào tỷ số cạnh dài l / cạnh ngắn hw của ô bản và loại tải trọng tác dụng lên dầm.


76


Trường hợp dầm chịu tải trọng tĩnh :

E

f

t

h

w

ww

Điều kiện chịu lực hợp lý : Coi bản bụng mất ổn định cục bộ xảy ra đồng thời với mất khả năng chịu lực về bền dưới tác dụng của ứng suất tiếp. 　 (phá hoại về bền xảy ra sau phá hoại do mất ổn định tổng thể):

vcr f 2,33,10 w

2,3 ww

ww E

f

t

h

f

E

t

h

w

w 2,3

Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dưói tác dụng của ứng suất tiếp do tải trọng tĩnh :

hoặc


với

77


Trường hợp dầm chịu tải trọng động:

29,4

wcr

f

vcr f 2,29,4 w

Điều kiện kiểm tra ổn định của bản bụng dưới tác dụng của ứng suất tiếp do tải trọng động

f

E

t

h

w

w 2,2


2,2 ww

ww E

f

t

h

78


Nếu điều ổn định cục bộ của bản bụng dầm không thoả mãn thì có thể:

Giảm hw hoặc tăng tw (chọn lại tiết diện)

Thay đổi kích thước và điều kiện biên của bản bằng cách bố trí các đôi sườn đứng (vuông góc với trục dầm).

Gia cường bản bụng dầm bằng sườn đứng:

Việc bố trí các đôi sườn đứng nhằm chia bản bụng dầm thành các ô bản nhỏ và được liên kết ở 4 cạnh; do vậy làm tăng ứng suất tiếp tới hạn.

Yêu cầu khoảng cách giữa các sườn đứng: khi

khi

2,3w2,3w


wha 2

wha 5,2

Yêu cầu về bề rộng và bề dầy của sườn: mm4030/ ws hb

E

fbt ss 2

79


Biểu thức xác định ứng suất tiếp tới hạn khi sử dụng sườn đứng:


80


Hiện tượng: Phần bản bụng dầm chịu ứng suất nén bị phồng ra ngoài mặt phẳng tạo thành các sóng, gọi là bản bụng dầm bị mất ổn định do tác dụng của ứng suất pháp.

3.2 Do tác dụng của ứng suất pháp

81


Biểu thức xác định ứng suất pháp tới hạn:

2w

crcr

fc

ccr là hệ số tra theo Bảng 3.4 phụ thuộc vào hệ số

xét đến mức độ ngàm của bản bụng với bản cánh và điều kiện làm việc của cánh nén (hệ số ). Đối với dầm tổ hợp hàn ccr = 30 ~ 35,5 ; Đối với dầm tổ hợp bulông ccr = 35,2 .

3

w

f

w

f

t

t

h

b

Coi mất ổn định cục bộ của bản bụng xẩy ra đồng thời với mất khả năng chịu lực dưới tác dụng của ứng suất pháp. Xét trường hợp ccr = 30 (tương ứng giá trị bé nhất của ứng suất pháp tới hạn):

ff

wcr

2min, 30

5,530 w

3.2 Do tác dụng của ứng suất pháp

chuong 3 dam thep

Documents