Bài giảng Kết cấu thép: Chương 4

10/2/2014

Tr−êng ®¹i häc thuû lîi

Khoa c«ng tr×nh

Nội dung môn học

Bé m«n kÕt cÊu c«ng trinh

=======

BÀI GiẢNG KÕt cÊu thÐp

• Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép • Chương 2: Liên kết hàn 2 Liê kết hà • Chương 3: Liên kết Bulông • Chương 4: Dầm thép • Chương 5: Cột thép • Chương 6: Dàn thép p g

Tiế Thắ

GVHD Hồ GVHD: Hồng Tiến Thắng Bộ môn Kết Cấu Công Trình

+ Bài tập nộp:

http://www.mediafire.com/thang.kcct

4.1. Khái niệm chung

DẦM THÉP

4.1.1. Ph©n lo¹i dầm:

4

• §Þnh nghÜa: dÇm lµ ph©n tè chñ yÕu chÞu uèn. • §Þnh nghÜa: dÇm lµ ph©n tè chñ yÕu chÞu uèn

- TiÕt diÖn : th−êng dïng tiÕt diÖn ch÷ I, v× W/F = lín.

•

Ph©n lo¹i:

- DÇm ®Þnh h×nh: ChÕ t¹o s½n trong nhµ m¸y, theo kÝch th−íc

quy ®Þnh.

- DÇm ghÐp: TiÕt diÖn ghÐp b»ng c¸c tÊm thÐp, dïng liªn kÕt

 4.1. Khái niệm chung  4.2. Thiết kế dầm định hình  4.3. Thiết kế dầm ghép

hµn , ®inh t¸n

GVHD: Hồng Tiến Thắng

Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Kết Cấu Công Trình 3

http://www.mediafire.com/thang.kcct

10/2/2014

DÇm ®Þnh h×nh

4.1.2. Nguyªn t¾c tÝnh to¸n:

¦u ®iÓm Nh−îc ®iÓm

• Tr¹ng th¸i giíi h¹n 1: - C−êng ®é æ- æn ®Þnh

 = M/Wth  R M/Wng  th = dR

ChÕ t¹o nhanh, cÊu t¹o ®¬n gi¶n, liªn kÕt ®¬n gi¶n, chi phÝ kh«ng cao ChiÒu dµy b¶n bông b qu¸ lín so víi yªu cÇu chÞu lùc

DÇm ghÐp

Nh−îc ®iÓm ¦u ®iÓm

• Tr¹ng th¸i giíi h¹n 2: - Đé vâng

ftc/L  1/n0

ThiÕt kÕ phøc t¹p, ChÕ t¹o tèn c«ng KÝch th−íc tuú chän  Kh¶ n¨ng chÞu lùc lín

®æi hï hî ã thÓ th ñ dÇ TiÕt diÖ TiÕt diÖn cña dÇm cã thÓ thay ®æi phï hîp víi biÓu ®å M Do EJy<< EJx nªn dÇm => dÔ bÞ mÊt æn ®Þnh tæng thÓ. tiÕt kiÖm vËt liÖu

 ChØ khi nµo kh«ng thÓ dïng ®−îc dÇm ®Þnh h×nh míi dïng dÇm ghÐp

4.1.3. C¸ch bè trÝ hÖ dÇm:

Liªn kÕt dÇm phô víi dÇm chÝnh cã 2 c¸ch: + DÇm phô ®Ì lªn dÇm chÝnh + DÇm phô ®Æt b»ng mÆt víi dÇm chÝnh

Van cung dÇm chÝnh kiÓu dÇm L=7,5m H=5m

kiÓu ®¬n gi¶n kiÓu phæ th«ng kiÓu phøc t¹p

10/2/2014

4.2. Thiết kế dầm định hình

4.2.2. KiÓm tra tiÕt diÖn chän:

• KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn

4.2.1. Chän tiÕt diÖn:

¦ng suÊt ph¸p: p p

mR mR

 

 

-Tõ s¬ ®å kÕt cÊu thùc tÕ thiÕt lËp s¬ ®å tÝnh to¸n

¦ng suÊt tiÕp:





x mR  c

M Wth SQ max J  bx

KiÓm tra øng suÊt côc bé:

mR mR

 

   cb

P Zb 

6x5m M

-VÏ biÓu ®å M vµ Q



W yc

Z = b +2h1

M max mR

Gia cố khi ưs cục bộ lớn ??

-X¸c ®Þnh m«men chèng uèn yªu cÇu

- Căn cứ vào bảng tra thÐp chọn số hiệu thÐp cã: Wx > Wyc

• KiÓm tra vÒ ®é vâng (®é cøng):



-§iÒu kiÖn ®Ó dÇm kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh tæng thÓ

f TC l

1 n

• KiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ :







§Æt s−ên chèng

M W

 d

P nhá dÇm chØ uèn quanh trôc X

- HiÖn t−îng

 = f()

P lớn

h l o

J Y XJ

    

     

  

y y

dÇm o chØ uèn quanh trôc X

.54,1





Jxoan: B¶ng 4.5 (trang 66)

lo lo

L 0 h

   

   

J xoan J y J y

cßn uèn quanh trôc y ß

Giải pháp xử lý khi mất ÔĐTT ??

và cßn bÞ xo¾n

=> Lµm cho dÇm bÞ vªnh, vÆn vá dç  mÊt «® tæng thÓ

Giảm L0

Tăng Jy

Më réng b¶n c¸nh

lo lo L L

10/2/2014

4.2.3. Nèi dÇm ®Þnh h×nh:

cã 3 c¸ch

M<0,85Mmax

0,85Mmax
T¶i träng nhá

VÝ dô: KiÓm tra dÇm ®¬n chÞu t¶i träng ph©n bè ®Òu qtc = 20 kN/m, nq = 1,3. TiÕt diÖn ch÷ IN040 cã c¸c ®Æc tr−ng h×nh häc: Jxo¾n = 40,6 cm4 Jx = 18930 cm4 Sx = 540 cm3 Jy = 666 cm4 Wx = 947 cm3 b = 0,8 cm R = 2100 daN/cm2

Rc = 1300 daN/cm2 , m =1, 1/n0=1/600

g

g g ®èi ®Çu

g Dïng ®−êng hµn Dïng ®−êng hµn chØ dïng g b¶n ghÐp

®èi ®Çu kÕt hîp b¶n ghÐp

N

I

- KiÓm tra c−êng ®é :

IN040

h

q = nq qtc=26kN/m

h

N=M/h

M=Mdh + Mbg Mdh= W.Rk

Qmax=78kN

Mmax=117kNm

í h h Tính như đh đối đầu chịu MQ

N

= M - M

 M

bg

dh

Đh góc chịu lực dọc

- KiÓm tra c−êng ®é:

12,21

.54,1

.54,1





J xo¾n J

L o h

6,40 666

600 40

  

2   

y

  

2   

4

2

max

1235, 48

/

.

2100

2 daN cm m R

/ daN cm

 











B¶ng 4.2 (trang 64)

117.10 947

2 2

x x

12,21 12 21

16 16

12,5 125

 

 

 

278,13 278 13

/ /

1300 1300

daN cm / / d N













2 2 daN cm m R d N . R c

α α 16

Ψ Ψ 2,99

2 . 7 . 78.10 .540 18930.0,8

M W th Q Q S max max J  x b

55,3

99,2

- KiÓm tra ®é vâng:

99,2

12,5.

35,3







 8

tc

3

2

.20

2

.

.











J

y

3 666

f L

5 384

tc 3 Lq JE

5 384

1 706

1 n

1 600

600 6 .10.1,2

18930

x

o

.

3,35.10 .

0,524



 



 d

J J

40   18930 600 18930 600  

   

x

h L L o

   

4

- KiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ :

2

2

2357,8 (

daN cm /

)

m R .

2100(

daN cm /

)













    117.10 0,524.947

M W  d

R





M W



ng

d

 DÇm bÞ mÊt æn ®Þnh tæng thÓ

4

24 3,55

10/2/2014

M

.

WJ 



4.3. Thiết kế dầm ghép

Víi:

x

yc

h 2

max R

h 2

tc p n .

p

Fc

M

2 L



max

tc q n . q

  p    q 

p q  8

4.3.1. X¸c ®Þnh chiÒu cao cña dÇm ghÐp:

Thay vµo ()

Xác định chiều cao tiết diện h

tc tc

tc tc

p

q



h min

Fb

§iÒu kiÖn ®é cøng

5 5 24

q

hmin

   R L   R L n o .   p E 

h = max(hkt, hmin)

§iÒu kiÖn kinh tÕ

hkt

- Chiều cao nhỏ nhất hmin

 

Tõ ®iÒu kiÖn ®é vâng t−¬ng ®èi: Tõ ®iÒu kiÖn ®é vâng t−¬ng ®èi:

f L

1 on

Víi dÇm ®¬n chÞu t¶i träng ph©n bè ®Òu:

tc

tc

(

p

q

)







3 L

()





f L

5 384

E J

x

1 n o

Fc

- Chiều cao kinh tế hkt

4.3.2. Chän tiÕt diÖn cña dÇm ghÐp:

Chiều cao của dầm: h = max (hkt, hmin)

Fb

* Chiều cao bản bụng của dầm: hb = 0,95h (lấy tròn bội số 50 mm)

ề

* Chiều dày bản bụng b:







Lµ chiÒu cao mµ dÇm cã diÖn tÝch nhá nhÊt nh−ng vÉn ®¶m b¶o chÞu lùc (W = const) + NÕu h   Fc  ; Fb ( v× W = const ) + NÕu h   Fc  ; Fb  C1: VÏ biÓu ®å quan hÖ gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn (F) vµ chiÒu cao dÇm (h)

R c

Qs J  bx

ChiÒu cao kinh tÕ cña dÇm (hkt) lµ gi¸ trÞ øng víi Fmin

(b¶n bông chÞu toµn bé lùc c¾t)

1  b

- Theo ®iÒu kiÖn chèng c¾t:

3 2

Q Rh c b

;

 0

C2: F = f(h) = Fb + 2Fc

cùc trÞ = hkt

- Theo ®iÒu kiÖn ®é m¶nh b¶n bông:

 2 b

dF dh

h b b  b

(b ®· ®−îc chän khi x¸c ®Þnh hkt)

M

3

Wyc

h



kt

W5,1  b

yc

max R

trong ®ã ®· biÕt  b chän: 70  80 : dÇm kh«ng s−ên

=> ChiÒu dµy b¶n bông ®−îc x¸c ®Þnh: b = max (b1, b2)

100  160 : dÇm cã s−ên

http://www.esnips.com/web/Thamkhao

19

5

10/2/2014

a1

a1

* Chiều rộng bản cánh của dầm:

* Chiều dày bản cánh của dầm:

- Theo ®iÒu kiÖn c−êng ®é:

02.0

h

20(

)40

mm





 c

Từ mô men chống uốn yêu cầu:

2

3

2

x

W







yc yc

2  c c

b c c

J h h

2 h h

h  c   2 2 

   

 h  b b  12 12  

   

thay:

hc = hb + c ;

h = hb + 2c

3







2









hW yc

hb c cc



b c

6/ 2

h bb 6

(

)



hW yc  c

h b

3 h bb  c

- Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh côc bé: ®iÒ kiÖ æ ®Þ h bé

Th

cb

b c

 b



Với:





a 1

 c

 b 2

2100 R

2100 R

 30

a 1 15

Cã thÓ thay ®æi chiÒu réng bc, dµy c cña b¶n c¸nh, nh−ng gi÷ nguyªn F

4.3.3. KiÓm tra tiÕt diÖn ®∙ chän:

T−¬ng tù nh− kiÓm tra tiÕt diÖn dÇm ®Þnh h×nh

max

T¹i n¬i tiÕp xóc gi÷a b¶n c¸nh vµ b¶n bông: lùc c¾t trªn mét ®¬n vÞ dµi





øng suÊt tiÕp:

o mR  c

øng suÊt ph¸p:

mR







SQ max J  b x

M W th

c

T T

  b b

2

QS J

x

Tæng hîp:

2 3 

mR

R



Ðp côc bé:

víi z = b + 2c vµ n = 1

Pn z 

b

Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña ®−êng hµn:

.

2

  T

h c

Rh h

h g

* Liªn kÕt gi÷a b¶n bông vµ b¶n c¸nh: * KiÓm tra c−êng ®é:

tc

tc

tc

q

p







3 L L

 

 

f L

5 384

JE

1 n

x

o

Yªu cÇu:

T 

 h cT

* KiÓm tra ®é cøng (®é vâng) : DÇm ®¬n chÞu t¶i träng ph©n bè ®Òu DÇm ®¬n chÞu t¶i träng ph©n bè ®Òu

3

tc

tc

c

tc

J

J

q

p



x

o





2





Jo

h h

Rh h

h g

k



Jx

1





J

QS c 2 R

 J

SQ J

h g

x

f L

  5 384

JE

3 25

∆

x

 3 Lk  

  

x

1 n o

x



XÐt ®Õn sù thay ®æi tiÕt diÖn

1 6

6

( Jo Jx hoÆc ho  0,4h )

10/2/2014

C¸ch kiÓm tra nh− dÇm ®Þnh h×nh, Jxo¾n x¸c ®Þnh nh− sau:

HiÖn t−îng mÊt æn ®Þnh côc bé

J

2

R







J



y

xoan

 h   bb

3 3 2 b  c c

I

I

3 b  cc 12

M W

3,1 3

ng ng

d  d

2

2

b

1









.54,1





J xoan J

L 0 h

L  co hb c

3 h  b b 3 2 b  c c

  8 

  

  

  

  

  

y

HiÖn t−îng tõng phÇn cña b¶n máng bÞ uèn cong nh− trªn gäi lµ hiÖn t−îng mÊt æn ®Þnh côc bé

B¶ng 4.2 (trang 64) => 

22

* KiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ: * KiÓm tra æn ®Þnh côc bé:

d

J Y XJ

h l o

    

     

  

Ứng suÊt tíi h¹n < øng suÊt ch¶y

C«ng thøc x¸c ®Þnh øng suÊt tíi h¹n trong tÊm ch÷ nhËt:

Nguyªn nh©n

XuÊt hiÖn 3 vïng

TØ lÖ thuËn víi chiÒu dµy ,

I II III

M

σth

ho

I – Q lín , M 0 ()

δ

th

TØ lÖ nghÞch víi bÒ réng b¶n ho

III – M lín Q 0 ( )

Q

phô thuéc vµo liªn kÕt xung quanh chu vi Ko

Nguyên nhân Theo lý thuyÕt æn ®Þnh





II – M,Q ®Òu kh¸ lín ( -)

d

Cô thÓ cho 3 m« h×nh liªn quan ®Õn dÇm:

.



c





2

100



3

2

08,0

10.



2

 th

100



3

2

¦S tíi h¹n > c ¦S tíi h¹n = c ¦S tíi h¹n < c Tấm bị mất ôđcb Tấm bị phá hoại Tấm bị phá hoại trước khi bởi cường độ g ộ bởi cường độ g ộ đồng thời bị mất trước khi bị mất bị phá hoại bởi ôđcb ôđcb cường độ



3

K

10.

daN

/

cm



h o

  

  

 th

o

25,1

10.





 th

100 d

95,0 2 

h o

  

  

  

  

  

  

ho ho



c d

7

daN/cm2 Ko phô thuéc liªn kÕt chu vi d – C¹nh ng¾n nguy hiểm khó nhận biết sớm phá hỏng kết cấu

10/2/2014

b. æn ®Þnh côc bé cña b¶n bông

a. æn ®Þnh côc bé cña b¶n c¸nh

a1

I II III

M

F= q c a1 q XuÊt hiÖn 3 vïng

2

 c

Q

I – Q lớn, M 0 ()

.



 th

100 a 1

  

  

III – M lớn Q 0 ( ) c  3 0, 08.10

§Ó c¸nh nÐn cña dÇm kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh côc bé th×: th  c

2

3

II – M,Q ®Òu kh¸ lín ( -)

/

2

cm

10.

daN

08,0

2400



257

,18

  100 c  a  1

a 1   c

2



L

25,1

3 10.





 th

100  b d

95,0 2 

  

  

  

  

2



   XÐt tíi ¸ XÐt tíi c¸c yÕu tè: Õ tè +Thùc tÕ liªn kÕt gi÷a b¶n c¸nh vµ b¶n bông kh«ng ph¶i hoµn ngµm cøng +Trong b¶n c¸nh ngoµi øng suÊt ph¸p cßn cã øng suÊt tiÕp + B¶n c¸nh kh«ng hoµn toµn ph¼ng + ThÐp kh¸c thÐp CT3

3

b

25,1

10.





 th

0

a

2 

1

15  c

Dai Ngan

100 h

L bh

b

  

  

95,0 

2100 R

(CT3) .MÊt æn ®Þnh do øng suÊt tiÕp  - vïng I hb

2

3

MÊt æn ®Þnh do øng suÊt ph¸p 

 b

10.

6,0

.6,0

2400











 th

 c

 c

 c 3

100 h b

  25,1 

  

3

2

2

.25,1

10.

M

M

90







3

2

 b

 b

100 1440

K

10.

daN

/

cm



h b  b

 th

o

100 h b

  

  

70

§iÒu kiÖn ¤§CB do øng suÊt tiÕp

2100 R

3

h b  b

C





b c h b

 c  b

  

  

δb víi Ko = f() QP

a

70

h 

b  b

hb Khi => gia cè b»ng s−ên ®øng  0,8 1 2…

TÊm cøng

 o Ko

bs b

bs

b

bs

s

b

b/

s

a/

6,3 6,62 7,0…

C= 2

nÕu b = hb/b >100 amax = 2hb amax = 2,5hb nÕu b = hb/b  100

C=∞

8

C- hÖ sè phô thuéc liªn kÕt c¸nh nÐn víi c¸c bé phËn kh¸c

10/2/2014

Bông dÇm kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh côc bé khi

MÊt æn ®Þnh do t¸c dông liªn hîp cña øng suÊt ph¸p vµ tiÕp (  , )

2

3

 b

k

10.

2400

daN

/

cm

2







 th

o

 c

§iÒu kiÖn æn ®Þnh côc bé ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc

100 h b

  

  

b

b

m m

th

th

     

2    

     

2    

0,8 1 2…

  Ko

  b

1

2

6,3* 6,62 7,0… hb

160

162





2100 R

h 

b  b

y

bh  b

 b

n

a1 ≤ hb

a2 ≥ hb

Q  h b b M J

x

yn Ko min = 6,3 QP

M

M1

M2



160

h b  b

Q

Q2

Q1

 

a

Q lu«n lÊy ë gi÷a «

b

b

VÝ dô

m

gia cè s−ên däc  a≤ hb M lÊy ë gi÷a «. a>hb M lÊy ë gi÷a « h×nh vu«ng cã c¹nh lµ hb vµ lÊy lÖch vÒ phÝa m« mªn lín. 

2

 

 

th

th

2   

2   

  

  

3

 b

k

10.

daN

/

cm

2



 th

o

X¸c ®Þnh M ®Ó tÝnh σb cña « sè 4 víi P=88KN

100 h b

  

  

3

4

C C

 

 

cb bh

 c  b

0,8 1

2…..

VÏ biÓu ®å M

víi Ko = f() víi Ko = f()

          Ko

6,3

6,62 7…..

hb 2P 2P 4

3

, 1,5m

25,1(

)(

2 10)

daN

/

cm

2





 th

100  b d

95,0 2 

Z=1,5x4-0,5 =5,5m

9

M 3P 12P M 9P

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