Bài giảng Kết cấu thép - Chương 5: Cột thép - Hồng Tiến Thắng

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu thép - Chương 5: Cột thép - Hồng Tiến Thắng

1. 10/21/2014 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: Cộtthộp • Chương 6: Dàn thộp GVHD: H ồng Tiến Thắng Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh + Bài tậpnộp: 1 2 5.1. Khỏi niệm chung 5 CỘT THẫP • Định nghĩa: Cột là phân tố chủ yếu chịu nén. - Truyền tải trọng từ kết cấu bên trên xuống kết cấu d−ới (móng) • Phân loại: . 5.1. Khỏi niệm chung + Theo tải trọng tác dụng : e - Cột chịu nén trung tâm . 5.2. Cột chịu nộn trung tõm - Cột chịu nén lệch tâm (nén+uốn) . 5.3. Cột chịu nộn lệch tõm + Theo hình thức tiết diện : - Cột đặc: cột có 2 trục đều cắt qua tiết diện y y x GVHD: Hồng Tiến Thắng h x h Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh b b 3 4 1
2. 10/21/2014 - Cột rỗng: ≥ 1 trục không cắt qua tiết diện Thanh giằng Bản giằng Cột đặc 5.2. Cột chịu nộn trung tõm 5.2. Cột chịu nộn trung tõm Quan hệ và  tra ở bảng 5-1 • Định nghĩa: là cột mà lực nén đặt đúng trọng tâm tiết diện td l 5.2.1. Công thức kiểm tra ổn định:  o - độ mảnh của cột r N Nth J  th R Đặt =th/R r - bán kính quán tính của tiết diện FF F N  R Với: F Lo - chiều dài tính toán thanh nén phụ thuộc vào liên kết hai đầu cột : 222  thN th EJEE 222 RFRlFR()0 () Rtd R ll01  td  Quan hệ và td tra ở bảng 5-1 1 1 1 0, 5 1 0, 7 1 2 7 8 2
3. 10/21/2014 h N F hb 2(b b ). c FYC 5.2.2. Trình tự thiết kế cột đặc δb δb , δc chọn δb = 1/2δc b Xác định h, b, δb, δc δc - Xác định h, b Kiểm tra tiết diện chọn N Quan hệ r h r b x 1 y 2 - Kiểm tra c−ờng độ  mR (Fth Fng Fgy ) y Fth r yc r yc y h x ; b y - Kiểm tra ổn định N h x xh  mR 1 2 - Kiểm tra ổn định cục bộ min F - Xác định δ , δ b b b c + bản cánh ( ứng với  ( ,  ) ) N (Bảng 5.2) ϕmin max x y  R α1=0,42 Từ điều kiện ôn định α1=0,32 α2=0,49 a1 x F α2=0,24 k  C Vì = f(f () Giả thiết gt N c Fyc a1 Loại cột N (kN) Lo (m) gt R <1500 5 - 7 70 - 90 yc l0x yc l0 y r r Kc phụ thuộc  Cột ghép x  y gt gt δ 2500 - 3000 5 - 7 50 - 70 c loại thép (Bảng 5.3) Tiết diện chọn có diện tích và bán kính quán tính xấp xỉ diện tích và bán kính quán tính yêu cầu + bản bụng hb 2100 b 40 0,2 (5 7) b R 1 Khi b ≥ 70 phải đặt s−ờn ngang (2,5 I3,0 hb) 2 Khi b ≥ b (5-7), 75 phải đặt s−ờn dọc  1 2 - Kiểm tra độ mảnh giới hạn của cột δb max ≤ gh hb gh : Bang 5-4 Nhà máy đóng tầu Nam triệu 3
4. 10/21/2014 22 420 22 Ví dụ Cột cao 6,5m một đầu ngàm một đầu khớp = 47,3 → ?? λ 47 48 chịu N=3600 kN ; m=1 YC: Kiểm tra ổn định cột 380 Y y=47,26 = 47+0,3 0,898 0,896 Xđ cá c đặc tr−ng hìnhhh học F FJ,J,r ?? X F=217,6 cm2 J =89138,42cm4 J = 20125,76cm4 r =20,24cm 0,898 0,896 x y x min 0,898 .0,3 0,897 ry= 9,62cm 1 N  mR min F l 0,7L l  ox 22,48 oy x  y 47,3 J x rx r y 360000 F  1844,38daN / cm22 mR 2100 daN / cm 0,897.217,6 max= max(x, y) = 47,3 Cột ổn định 5.2.2. Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng). -Trong mặt phẳng y N Mục tiêu Hệ giằng ảnh h−ởng đến ổn định, nên :  mR y F Ln Số hiệu thép làm nhánh cột ln f (td ) Bề rộộgng b Y y Fn Kích th−ớc hệ giăng Ft,Ln td độ mảnh tính đổi của cột đối với trục ảo y y y x y 1 + Đối với cột bản giằng + Đối với cột thanh giằng Vấn đề ổn định của cột rỗng!!! Y y1 y1 F C  td  2  2 td 2 k n -Trong mặt phẳng X y y n y y Ft Hệ giằng ít ảnh h−ởng đến ôđ nên: L  n L L n k – Hệ số phụ thuộc góc nghiêng α α N ox ox ry1  mR X α - Góc nghiêng của thanh giằng với nhánh cột f ( ) r J Ft x F X X X td F Phân biệt  n y  y 4
5. 10/21/2014 C Trình tự thiết kế cột rỗng Ví dụ: Xác định số hiệu thép làm nhánh cột N=1650 kN - Chọn tiết diện Số hiệu thép làm nhánh cột Bề rộng b № yc 0,5C 8 m y y1 XĐ Số hiệu thép làm nhánh cột cần xđ: F yc và rx Dựa vào điều kiện ổn định N đối với trục thực x Fyc x mR x f (. x ). Để chọn tiết diện, cần xác định Fyc và Ryc l l  ox 0x x Vì F ch−a biết giả thiết gt Từ điều kiện ổn định trong mặt phẳng x rx J x F N 165000 2 Fyc  70, 0,81 Fyc 97cm yc l0x gt x x R 0,81.2100 rx gt x x l 800 r yc ox 11,3cm Số hiệu thép Tra bảng x gt x 70 c 2 Từ Fyc = 97cm và rxyc=11,3cm, chọn đ−ợc tiết diện nhánh cột Xác định khoảng cách giữa hai tâm nhánh: c 1 F 46,5cm2 F 48,5cm 2 Dựa vào điều kiện ổn định n 2 yc đối với trục ảo y và nguyên [ N 33 cú c/2 0 yc tắc td y y1 rx1 13,1cm rx 11,3cm  x  y Tiết diện đ−ợc chọn có Fn và rx xấp xỉ với giá trị tính toán. td 2 2 Cột bản giằng x y y n 2 2 - Cần kiểm tra lại tiết diện chọn ngay đối với trục x: y x n giả thiết n = 30 - 40 lox 800 xx 61 0,855 l r 13, 1 Mặt khác 0 y x y ry 2 C 1650.10 2 2 2070daN / cm R 2100daN / cm 2(/2) JcF 2 2  J y yn1 2 cc 2l0 y 0,855.93 rryy 1 c FF222n 22 x n 5
6. 10/21/2014 o Chọn tr−ớc thanh giằng bằng thép góc L50x5, có F =4,8 cm2, 45 Ví dụ: Xác định bề rộng cột B cột thanh giằng N=1650 kN t td 2 Fn y y k x 61 Ft y 58,82 8 m 45o → K27K=27 Loy ll l y 58,82 Mặt khác 2 r Jc22 y y 2(/2) JcFyn1 ry1 () Để xác định B, XP từ điều kiện ôđ đối với trục ảo y và điều kiện F 2 2Fn td x  y c =26,6 cm td 2 Fn y y k x 61 Ft B = c+2Z0 = 26,6 + 2.2,6 = 31,8 cm Tính toán thiết kê hệ giằng (thanh giằng, bản giằng) (cột rỗng chịu nén đúng tâm) Tính toán bản giằng Q Q Q/2 0 .Xác định lực tác dụng vào hệ giằng y Gt: Khi mất ôđ bị uốn S 2Tg Q l 1 A l1 Khi mất ôđ → cột bị uốn cong → Sinh M → lực cắt Q Q/2 Q a Lực cắt Q đ−ợc giả thiết là phân bố đều dọc chiều cao cột và hoàn toàn do giằng chịu c Từ điều kiện cân bằng Hình 5-11 l1: Khoảng cách giữa hai đ−ờng trục bản giằng Q= 20 Fng (daN) với thép th−ờng (CT3 hoặc t−ơng đ−ơng) Q=40Fng (daN) với thép c−ờng độ cao ( CT5, hợp kim thấp hoặc t−ơng đ−ơng) Q l QL 1 T 1 .Tính toán thiết kế bản giằng b M o 220 Tag g g A 22 4a Kích th−ớc bản giằng : dg = (0,5-0,8)bg d g QL1 6 12 mm Q Tg M g Tg a g M 4 1 1 g   d g g δ 10 30 40-50mm g 1 b 50 g 6
7. 10/21/2014 2Nt Tính toán thanh giằng Q 5.3. Cột đặc chịu nộn lệch tõm Từ điều kiện cân bằng ΣX=0 Q F t N M 2Ntsinα = Q Q N Q t 2sin Có N Chọn TD thanh giằng, t Trong mặt phẳng x : có M và N Tính liên kết thanh giằng với nhánh cột Trong mặt phẳng Y : chỉ có N Trong mặt phẳng có mômen mặt phẳng x Chiều dài tính toán: Lo =  L N  - hệ số phụ thuộc liên kết ở hai đầu cột  lt m R x F lt (Bảng 5.8): Phụ thuộc  và độ lệch tâm m x x 1 Chiều dài tính toán của ex M x F m1  mx   . ( ) chân khung??? x N Wx  hệ số ảnh h−ởng của hình dạng tiết diện (Bảng 5.9) Đầu d−ới: Liên kết ngàm Ngoài mặt phẳng uốn - mặt phẳng y h ho ặc khớp khớ h N   mR c  ? c y F 1 mx l Đầu trên: Phụ thuộc độ cứng liên kết (k) của cột với dầm c : Hệ số ảnh h−ởng của mômen uốn α, -  (Bảng 5.12) : Hệ số tuỳ thuộc vào hình dạng tiết diện 7
8. 10/21/2014 L =  h h ox 1 h Với 1 =f(k) l l J h k d l J c Bảng t ra 1 K 0 0,2 0,3 0,5 1 2 3 Liên kết ở móng - Ngàm 2 1,5 1,4 1,28 1,16 1,08 1,06 1,0 - Khớp - 3,42 3,0 2,63 2,33 2,17 2,11 2,0 Jd k  1 lox  Jc k  1 lox  8