Bài giảng Kết cấu thép - Chương 4: Dầm thép - Hồng Tiến Thắng

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu thép - Chương 4: Dầm thép - Hồng Tiến Thắng

1. 10/2/2014 Tr−ờng đại học thuỷ lợi Khoa công trình Nội dung mụn học Bộ môn kết cấu công trinh === • Chương 1: Cơ sở thiếtkế kếtcấu thộp • Chương 2: Liờn kết hàn BÀI GiẢNG Kết cấu thép • Chương 3: Liờn kếtBulụng • Chương 4: Dầmthộp • Chương 5: Cột thộp • Chương 6: Dàn thộp GVHD: H ồng Tiến Thắng Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh + Bài tậpnộp: 1 2 4.1. Khỏi niệm chung 4 DẦM THẫP 4.1.1. Phân loại dầm: • Định nghĩa: dầm là phân tố chủ yếu chịu uốn . - Tiết diện : th−ờng dùng tiết diện chữ I, vì W/F = lớn. • Phân loại: . 4.1. Khỏi niệm chung - Dầm định hình: Chế tạo sẵn trong nhà máy, theo kích th−ớc . 4.2. Thiếtkế dầm định hỡnh quy định. . 4.3. Thiếtkế dầm ghộp - Dầm ghép: Tiết diện ghép bằng các tấm thép, dùng liên kết hàn , đinh tán GVHD: Hồng Tiến Thắng Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh 3 4 1
2. 10/2/2014 Dầm định hình 4.1.2. Nguyên tắc tính toán: Ưu điểm Chế tạo nhanh, Nh−ợc điểm cấu tạo đơn giản, Chiều dày bản bụng b quá lớn liên kết đơn giản, chi phí không cao so với yêu cầu chịu lực • Trạng thái giới hạn 1: -C−ờng độ  = M/Wth R - ổn định M/Wng th = dR Dầm ghép Nh−ợc điểm Ưu điểm Thiết kế phức tạp, • Trạng thái giới hạn 2: Kích th−ớc tuỳ chọn  Khả năng chịu lực lớn Chế tạo tốn công - Độ võng ftc/L 1/n0 Tiết diệ n củ a dầ m có thể th ay đổi phù hù hợp hợ với biểu đồ M Do EJy dễ bị mất ổn định tổng thể. tiết kiệm vật liệu Chỉ khi nào không thể dùng đ−ợc dầm định hình mới dùng dầm ghép 4.1.3. Cách bố trí hệ dầm: kiểu đơn giản kiểu phổ thông kiểu phức tạp Liên kết dầm phụ với dầm chính có 2 cách: + Dầm phụ đè lên dầm chính + Dầm phụ đặt bằng mặt với dầm chính Van cung dầm chính kiểu dầm L=7,5m H=5m 2
3. 10/2/2014 4.2. Thiết kế dầm định hỡnh 4.2.2. Kiểm tra tiết diện chọn: 4.2.1. Chọn tiết diện: • Kiểm tra điều kiện bền M -Từ sơ đồ kết cấu thực tế Ưng suất pppháp:  mR thiết lập sơ đồ tính toán Wth Q S : max x Ưng suất tiếp  mRc J xb Kiểm tra ứng suất cục bộ: 6x5m M P  mR cb  Z Q -Vẽ biểu đồ M và Q b M max Wyc -Xác định mômen chống uốn yêu cầu mR Z = b +2h1 Gia cố khi ưs cục bộ lớn ?? Đặt s−ờn chống - Căn cứ vào bảng tra thép chọn số hiệu thép có: Wx > Wyc f TC 1 • Kiểm tra về độ võng (độ cứng): -Điều kiện để dầm không bị mất ổn định tổng thể l n0 • Kiểm tra ổn định tổng thể : M L  mR -Hiện t−ợng dWng P nhỏ dầm chỉ uốn quanh trục X 2 J h y  Y P lớn d  = f( ) JX lo lo 2 dầm o chỉ uốn quanh trục X J xoan L0 1,54. Jxoan: Bảng 4.5 (trang 66) lo J y h còốòn uốn quanh trục y L và còn bị xoắn Giải phỏp xử lý khi mất ễĐTT ?? => Làm cho dầm bị vênh, vặn vỏ dỗ mất ôđ tổng thể Giảm L0 Tăng Jy Mở rộng bản cánh 3
4. 10/2/2014 Ví dụ: Kiểm tra dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều qtc = 20 kN/m, 4.2.3. Nối dầm định hình: 0 nq = 1,3. Tiết diện chữ IN 40 có các đặc tr−ng hình học: có 3 cách 4 4 Jx = 18930 cm Jxoắn = 40,6 cm 4 3 Jy = 666 cm Sx = 540 cm M<0,85Mmax 0,85Mmax<M<Mmax 3 Tải trọng nhỏ Wx = 947 cm b = 0,8 cm R = 2100 daN/cm2 R = 1300 daN/cm2 , m =1, 1/n =1/600 Dùng đ−ờng hàn Dùng đ−ờng hàn chỉ dùng c 0 đối đầu đối đầu kết hợp bản ghép bản ghép N h I - Kiểm tra c−ờng độ : 0 N IN 40 Tớhớnh nh ư M=Mdh + Mbg tc q = nq q =26kN/m h đh đối đầu Mdh= W.Rk N=M/h M =117kNm Qmax=78kN chịu MQ M = M - M Đh gúc chịu lực max bg dh dọc 2 2 - Kiểm tra c−ờng độ: J xoắn Lo 40,6 600 1,54. 1,54. 21,12 J y h 666 40 M 117.104  max 1235,48daN / cm22 m . R 2100 daN / cm  Wth 947 Bảng 4.2 (trang 64) Q S 77.8.102 .540 max x 22 21,12 16 5,12 α Ψ  278, 13dNdaN /cm m. RRdc 1300 dNaN / cm J xb 18930.0,8 16 2,99 3,55 2,99 24 3,55 - Kiểm tra độ võng:  2,99 .5,12 3,35 8 tc tc 3 3 f 5 q L 5 20.600 1 1 1 2 . . 2 J y h 666 40 L 384 E J 384 2,1.106.18930 706 n 600 3 x o d . 3,35.10 . 0,524 JLxo 18930 600 - Kiểm tra ổn định tổng thể : M 117.104  2357,8 (daN / cm22 ) m . R 2100( daN / cm ) M dW 0,524.947  R d Wng Dầm bị mất ổn định tổng thể 4
5. 10/2/2014 h M h 4.3. Thiết kế dầm ghộp Với: J W max . x yc 2 R 2 tc  p  pn. p p q Fc 2 tc M max L qqn . 4.3.1. Xác định chiều cao của dầm ghép: 8  q Thay vào (*) * Xỏc định chiều cao tiết diện h 5 RLn ptc q tc h o .  Fb min Điều kiện độ cứng hmin 24 E  pq  h = max(hkt, hmin) Điều kiện kinh tế hkt -Chiều cao nhỏ nhất hmin f 1 Từ điều kiện độ võng t−ơng đối: L n o Với dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều: f 51()pqtc tc L3 (*) LEJn384 xo Fc -Chiều cao kinh tế hkt 4.3.2. Chọn tiết diện của dầm ghép: Là chiều cao mà dầm có diện tích nhỏ nhất nh−ng vẫn đảm bảo * Chiều cao của dầm: h = max (h , h ) chịu lực (W = const) kt min * Chiều cao bản bụng của dầm: h = 0,95h Fb + Nếu h  F  ; F ( vì W = const ) b c b (lấy trũn bội số 50 mm) + Nếu h  Fc  ; Fb  * Chiều dày bản bụng  : C1: Vẽ biểu đồ quan hệ giữa diện tích b Qs tiết diện (F) và chiều cao dầm (h)  Rc J x b Chiều cao kinh tế của dầm (h ) là giá trị ứng với F 3 Q kt min - Theo điều kiện chống cắt: b1 (bản bụng chịu toàn bộ lực cắt) 2 hb Rc C2: F = f(h) = F + 2F ; dF b c 0 cực trị = hkt hb dh - Theo điều kiện độ mảnh bản bụng: b2 b (b đã đ−ợc chọn khi xác định hkt) M max h 3 1,5 W trong đó W yc đã biết kt  b yc R b chọn: 70  80 : dầm không s−ờn 100  160 : dầm có s−ờn => Chiều dày bản bụng đ−ợc xác định: b = max (b1, b2) 19 5
6. 10/2/2014 a1 a1 * Chiều rộng bản cỏnh của dầm: * Chiều dày bản cỏnh của dầm: - Theo điều kiện c−ờng độ: c 0.02 h (20  40)mm Từ mụ men chống uốnyờucầu: 3 2 2J x 2  b hb hc Wyc 2 c bc h h 12 2 thay: hc = hb + c ; h = hb + 2c 3 3 bhb 2 Wyc h  b hb / 6 Wych  cbchc b 6 c 2  c (hb  c ) - Theo điề u kiệ n ổ n đị nh cục bộ : b  2100a 2100 b   cb 1 Với: a c b c 30R 15 R 1 2 Có thể thay đổi chiều rộng bc, dày c của bản cánh, nh−ng giữ nguyên F 4.3.3. Kiểm tra tiết diện đ∙ chọn: * Liên kết giữa bản bụng và bản cánh: * Kiểm tra c−ờng độ: T−ơng tự nh− kiểm tra tiết diện dầm định hình Qmax So M max ứng suất pháp: ứng suất tiếp:  mRc Tại nơi tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: lực cắt trên một đơn vị dài  mR J  Wth x b QSc T b Tổng hợp:  2 3 2 mR J x n P ép cục bộ: R với z = b + 2c và n = 1 bz Khả năng chịu cắt của đ−ờng hàn: . h h T c 2hh Rg * Kiểm tra độ cứng (độ võng) : f tc 5 q tc p tc 1 Dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều   L3 L 384 E J x n o Yêu cầu: T T h Xét đến sự thay đổi tiết diện  c QS tc tc 3 Q Sc h c tc q p J x Jo f 5  3 3 1 Jo 2h R hh 1 k L k Jx h g h J J 2 R L 384 E J x 25 no x ∆ J x x g 1 ( J J hoặc h 0,4h ) o 6 x o 6
7. 10/2/2014 * Kiểm tra ổn định tổng thể: * Kiểm tra ổn định cục bộ: Cách kiểm tra nh− dầm định hình, Jxoắn xác định nh− sau: Hiện t−ợng mất ổn định cục bộ 3 M 1,3 3 3 cbc  R J xoan hbb 2bc c J y 2 d Wng 3 12 I I 2 2 3 J xoan L0 Lo c hb b 1,54. 8 1 b b h 2b  3 J y h c c c Hiện t−ợng từng phần của bản mỏng bị uốn cong nh− trên gọi là hiện t−ợng mất ổn định cục bộ Bảng 4.2 (trang 64) =>  2 J h Nguyên nhân  Y d J l X o Ứng suất tới hạn c ƯS tới hạn = c ƯS tới hạn < c .   c Tấm bị phỏ hoại Tấm bị phỏ hoại Tấm bị mất ụđcb  bởi cường độ bởi cường độ trước khi trước khi bị mất đồng thời bị mất 2 bị phỏ hoại bởi 100 3 2 ụđcb ụđcb  th 0,08 .10 2 cường độ 100 3 2 h 0,95 100 3 o  th Ko .10 daN / cm  1,25 .10 th 2 ho  d daN/cm2 c Ko phụ thuộc liên kết chu vi d – Cạnh ngắn  nguy hiểm khú nhận biết sớm phỏ hỏng kết cấu d 7
8. 10/2/2014 b. ổn định cục bộ của bản bụng a. ổn định cục bộ của bản cánh c F= q q a1 Xuất hiện 3 vùng a1 I II III M I – Q lớn, M 0 () c 2 100 3 c III – M lớn Q 0 ( ) Q  th 0,08.10 . a1 II – M,Q đều khá lớn ( -) Để cánh nén của dầm không bị mất ổn định cục bộ thì: th c 2 100 a 0,08 c .103 2400daN / cm2 (CT3) 1 18,257 .Mất ổn định do ứng suất tiếp  - vùng I a 1  c hb Xét tới cá c yế u tố : 2 0,95 100 L  +Thực tế liên kết giữa bản cánh và bản bụng không phải hoàn ngàm cứng  1,25 b .103 th 2 +Trong bản cánh ngoài ứng suất pháp còn có ứng suất tiếp  d + Bản cánh không hoàn toàn phẳng 2 + Thép khác thép CT3 2100 Dai L 0,95 100b 3  0 th 1,25 .10 a1 15 c Ngan h 2 h R b  b Điều kiện ÔĐCB do ứng suất tiếp 2 100  b 3 c Mấtổnđịnhdoứngsuấtpháp  th 1,25 .10  c 0,6 c 0,6.2400 hb 3 2 3 2 hb 1,25.100 .10 M M  90 100 3 2 b  1440  K b .10 daN / cm b th o hb hb 2100 QP 70 với Ko = f() δb  b R 3 b   C c c h  h b a b b hb Khi 70 => gia cố bằng s−ờn đứng  b  0,8 1 2 6,3 6,62 7,0 Tấm cứng b Ko s  bs b  s bs b b/ s a/ C- hệ số phụ thuộc liên kết amax = 2hb nếu b = hb/b >100 cánh nén với các bộ phận khác amax = 2,5hb nếu b = hb/b 100 C= 2 C=∞ 8
9. 10/2/2014 Bụng dầm không bị mất ổn định cục bộ khi Mất ổn định do tác dụng liên hợp của ứng suất pháp và tiếp (  , ) 2 100 b 3  th ko .10  c 2400daN / cm2 Điều kiện ổn định cục bộ đ−ợc xác định bởi công thức hb 2 2  0,8 1 2 b b m 6,3* 6,62 7,0 th th Ko hb Q  b yn 1 2 hb b h h b 2100 Ko min = 6,3 b 162 QP 160   R M b b  y b n a1 ≤ hb a2 ≥ hb  J x M M h 1 b  160 M2 a≤ hb M lấy ở giữa ô. b a>hb Mlấyởgiữaôhình vuôngcócạnhlàhb và lấy Q Q gia cố s−ờn dọc  a lệch về phía mô mên lớn. Q1 2  Q luôn lấy ở giữa ô 2 2   b b m Ví dụ Xác định M để tính σ của ô số 4 với P=88KN 2 b 100 th th  k b .103 daN / cm2 th o 4 hb 3 bc c với Ko = f( )  C hb b  0,8 1 2 Vẽ biểu đồ M 2P hb 2P Ko 6,3 6,62 7 4 1,5m 0,95 100b 2 3  (1,25 )( ) 10 daN / cm2 Z=1,5x4-0,5 =5,5m th  2 d 3P M 12P M 9P 9