zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Đánh giá khả năng chịu lực của cột nhôm chữ C tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Australia/New Zealand

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

7
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Đánh giá khả năng chịu lực của cột nhôm chữ C tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Australia/New Zealand thu thập các số liệu về cột nhôm này, và các số liệu này sau đó được so sánh với các kết quả tính toán từ tiêu chuẩn nhôm của Australia.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá khả năng chịu lực của cột nhôm chữ C tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Australia/New Zealand

QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT NHÔM CHỮ C TẠO HÌNH NGUỘI THEO TIÊU CHUẨN AUSTRALIA/NEW ZEALAND EVALUATION OF CAPACITIES OF COLD-ROLLED ALUMINIUM ALLOY COLUMNS ACCORDING TO THE AUSTRALIAN/NEW ZEALAND ALUMINIUM STANDARD PHẠM NGỌC HIẾUa,* a Khoa Xây dựng, Đại học Kiến trúc Hà Nội *Tác giả đại diện: e-mail: hieupn@hau.edu.vn Ngày nhận bài: 23/10/2022, Sửa xong: 18/11/2022, Chấp nhận đăng: 26/11/2022 Tóm tắt: Nhôm tạo hình nguội là một sản phẩm Therefore, the paper will collect these study results mới được chế tạo bằng cách tận dụng hệ thống cuốn on cold-rolled aluminium channel columns, and these của thép tạo hình nguội với hai tiết diện điển hình là results are subsequently compared with the chữ C và chữ Z. Các sản phẩm mới này đã chứng capacities from the Australian Aluminium Standard. minh tiết kiệm được thời gian và chi phí trong chế tạo. The comparisons are carried out by using the Việc thiết kế loại nhôm tạo hình nguội này cũng chưa reliability analysis as regulated in the American được đề cập trong các tiêu chuẩn nhôm hiện hành Aluminum Specification; this will be the base to trên thế giới. Nghiên cứu về ứng xử và khả năng chịu evaluate the Australian/New Zealand Aluminium lực của loại cấu kiện mới này do đó cũng đã được Standard in the design of cold-rolled aluminium alloy tiến hành và đã có những kết quả ban đầu về cột channel columns undergoing global buckling. It is nhôm chữ C tạo hình nguội khi xảy ra mất ổn định found that the Australian standard provides un- tổng thể. Các nghiên cứu này được thực hiện tại conservative predictions for cold-rolled aluminium Australia. Do đó, bài báo sẽ đi thu thập các số liệu về channel columns. cột nhôm này, và các số liệu này sau đó được so Keywords: Evaluation; Australian/New Zealand sánh với các kết quả tính toán từ tiêu chuẩn nhôm Aluminium Standard; Cold-rolled aluminium alloy của Australia. Việc so sánh này được thực hiện bằng channel columns. cách sử dụng phương pháp phân tích độ tin cậy được 1. Đặt vấn đề quy định trong tiêu chuẩn Hoa Kỳ, làm cơ sở cho việc Kết cấu nhôm được coi là loại kết cấu khá mới đánh giá độ chính xác của tiêu chuẩn kết cấu nhôm mẻ trong các công trình xây dựng mà có các ưu điểm Australia/New Zealand trong thiết kế cột nhôm tạo vượt trội về tính nhẹ và khả năng chống ăn mòn tốt hình nguội khi xảy ra mất ổn định tổng thể. Kết quả [1]. Loại kết cấu này được sử dụng cho công trình so sánh đã cho thấy rằng tiêu chuẩn Australia đưa ra xây dựng ở môi trường biển với các yêu cầu cao về các kết quả tính toán mang tính không an toàn cho khả năng chống ăn mòn hoặc cho các mái không cấu kiện cột nhôm chữ C tạo hình nguội. gian mà ưu tiên tính nhẹ thuận tiện cho việc chế tạo Từ khóa: Đánh giá; Tiêu chuẩn Nhôm thi công và lắp dựng [2]. Nó được dùng làm kết cấu Australia/New Zealand; Cột nhôm chữ C tạo hình cho các hệ thống băng tải vận chuyển vật liệu than nguội. đá từ trong lòng đất ra đến cảng biển [2]. Hệ thống Abstract: The cold-rolled aluminium sections are băng tải này dài từ 50-100 km bao gồm nhiều mô đun the new products made by utilising the existing cold- nó được liên kết với nhau. Hệ thống này có thể vận rolling system for cold-formed steel sections with two chuyển từ vị trí này sang vị trí khác một cách dễ dàng typical sections of channel and Zed sections. These nhờ tính nhẹ của vật liệu nhôm. Đồng thời, khả năng new products have been demonstrated to save time chống ăn mòn cao cho phép chúng có thể được sử and cost in manufacturing. The design of the cold- dụng trong các môi trường khắc nghiệt [3]. Kết cấu rolled aluminium members has been not regulated by này cũng được dùng cho các kết cấu nhà nhịp lớn, any standards in the world. Research studies on như kết cấu mái của công trình Interamerican Center behaviors and strengths of these members, tại San Paolo, Brazil hay mái vòm “Spuce Goose” ở therefore, have been carried out and original results Hoa Kỳ mà được biết đến là mái vòm nhôm có đường on cold-rolled aluminium channel columns kính lớn nhất thế giới. undergoing global buckling have been obtained. Về phương pháp chế tạo, cấu kiện nhôm có thể These studies were conducted in Australia. được chế tạo bằng hai phương pháp cơ bản là cán Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022 69
QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN nóng và tạo hình nguội. Cán nóng là phương pháp theo tiêu chuẩn Australia/New Zealand AS/NZS đã được sử dụng từ lâu và phổ biến trên thế giới, 1664.1.1997 [5]. Các so sánh này được thực hiện trong khi đó gần đây phương pháp tạo hình nguội dựa trên cơ sở phân tích độ tin cậy làm căn cứ cho được áp dụng bằng cách tận dụng hệ thống máy cán đánh giá mức độ chính xác của các tiêu chuẩn nhôm nguội của cấu kiện thép và đã chế tạo thành công tiết AS/NZS 1664.1.1997 hiện hành trong thiết kế cột diện nhôm tạo hình nguội với hai dạng tiết diện cơ nhôm tạo hình nguội khi xảy ra mất ổn định tổng thể. bản là chữ C và chữ Z. Phương pháp tạo hình nguội 2. Tóm tắt và thu thập số liệu nghiên cứu về cột đã cho thấy tiết kiệm hơn được thời gian, năng lượng nhôm tạo hình nguội và chi phí trong sản xuất so với phương pháp cán Nghiên cứu nhôm về cột nhôm tạo hình nguội nóng, nên loại tiết diện này nhận được sự quan tâm được thực hiện tại Đại học Sydney, Australia. Mô của nhà sản xuất cũng như nhà đầu tư. hình thí nghiệm được đưa ra như hình vẽ với tiết diện Về thiết kế, các tiêu chuẩn hiện hành của kết cấu sử dụng dạng chữ C được lấy từ các tiết diện thực tế nhôm trên thế giới được xây dựng trên cơ sở các trên thị trường [2]. Tiết diện trên hình thí nghiệm là nghiên cứu về nhôm cán nóng, chưa có quy định loại C10030, trong đó C là biểu thị của tiết diện chữ riêng cho loại kết cấu nhôm tạo hình nguội. Các C, kích thước 100 là chiều cao danh nghĩa cao 100 nghiên cứu về loại tiết diện mới này cũng được quan mm, số “30” sau đó biểu thị chiều dày của tiết diện là tâm và thực hiện, có thể kể đến là một dự án nghiên 3,0mm. Điều kiện biên được thiết kế cho hai trường cứu về ứng xử và cường độ của cấu kiện nhôm tạo hợp, bao gồm dạng 1 là cấu kiện có thể xoay theo hình nguội được thực hiện tại Đại học Sydney, trục khỏe và dạng 2 là cấu kiện có thể xoay quanh Australia với số hiệu LP140100863. Dự án đã đưa ra trục khỏe. Chi tiết về các điều kiện biên này được những kết quả ban đầu về ứng xử và khả năng chịu trình bày trong báo cáo của dự án [4]. Nghiên cứu đã lực của cấu kiện nhôm tạo hình nguội. Chi tiết có thể thực hiện các thí nghiệm và phát triển các mô hình tìm hiểu thêm trong tài liệu [4]. Một số kết quả về khả mô phỏng dựa trên các tiết diện chữ C trên thị trường năng chịu lực của cấu kiện cột nhôm tạo hình nguội [2]. Chiều dài cấu kiện được thay đổi và đủ lớn để thu của dự án được thu thập trong báo cáo này với được các giá trị về khả năng chịu lực của cấu kiện trường hợp cột bị phá hoại do mất ổn định tổng thể. cột khi xảy ra hiện tượng mất ổn định tổng thể. Chi Các kết quả thu thập này làm cơ sở để so sánh với tiết về các cấu kiện và khả năng chịu lực thu thập lấy các tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện nhôm từ phần phụ lục báo cáo của dự án [4]. Hình 1. Mô hình thí nghiệm cho cấu kiện chịu nén Hình 2. Dạng mất ổn định tổng thể uốn-xoắn khi chịu nén 70 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022
QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN 3. Khả năng chịu lực của cấu kiện cột nhôm theo biên L= 16 mm; chiều dày tiết diện t = 3,0 mm; bán tiêu chuẩn Australia kính trong các góc uốn rinner = 5mm (xem các đặc trưng hình học tiết diện trên Hình 3). Điều kiện biên 3.1. Tiêu chuẩn kết cấu nhôm Australia/New xét đến trong ví dụ là cột bị ngàm theo phương trục Zealand AS/NZS 1664.1.1997 cho cấu kiện chịu yếu (trục y-y) và liên kết khớp theo phương trục khỏe nén (trục x-x), và không được phép xoắn tự do theo trục Theo tiêu chuẩn AS/NZS 1664.1: 1997 [5], khả Z. Do đó, các hệ số chiều dài tính toán được lấy như năng chịu lực do nén khi mất ổn định tổng thể của sau: kx = 1,0; ky = kz = 0,5. cấu kiện được xác định bằng cách lấy ứng suất thiết Các đặc trưng hình học được tính toán sử dụng kế tới hạn (FL) nhân với diện tích tiết diện (Ag) như phần mềm hỗ trợ THIN-WALL-2 [7] bao gồm: Ag = công thức sau: 706 mm2; Ix = 1295000 mm4; Iy = 350000 mm4; J = N AS/NZS  FL A g (1) 2100; Cw = 7,9×108; rx = 42,82 mm; ry = 22,27 mm, FL được xác định như sau: tâm cắt x0 = 48,4 mm tính từ trọng tâm tiết diện. Ứng suất mất ổn định cục bộ cũng được xác định từ phần Khi λ ≤ S1*: FL  ccFcy (2) mềm THIN-WALL-2 có giá trị Fe = 302 MPa. Giá trị Khi S1*
QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN Fcy 198 Bc  231,54  kc 1  0,348 S*   (kc = 1,0) 1 D* c 96,339 Cc Fcy 94,645 198 S*2    1,602  E  70000 trong đó Bc, Cc và Dc được xác định theo Bảng 3.3 (C) của Tiêu chuẩn.   F 1/ 2   1/ 2  Bc  Fcy  1   cy    198  1   198    231,54 ;   6900     6900         Bp  6Bc 0,5 231,54  6  231,54 0,5 Dc    1,63 ; 20  E    20  70000    2Bc 2  231,54 Cc    94,65 ; 3Dc 31,63 D*  Dc E / Fcy   1,63 70000/198  96,34 c Xác định độ mảnh tương đối λ theo các trục x, y và z:  k L  Fcy  1,0 4150  198 x   x    700000  1,640  rx  E   42,82   k y L  Fcy  0,5 4150  198 y      700000  1,497  rx  E   22,27  Fcy 198 z    2,192 Fe 41,19 trong đó Fe là ứng suất mất ổn định tổng thể do uốn-xoắn, được xác định như sau: 1       2 Fe   Fey  Ftb  Fey  Ftb  4Fey Ftb  2    88,163  52,298  88,163  52,2982  4  0,498 88,163 52,298 1  2  0,498     41,19 MPa 2E 2  70000 Fey    88,163 MPa ; (k y L / ry )2 (0,5 4150/ 22,27)2   1  x0 / r0   1  48,4/ 68,35  0,498; 2 2 r0  rx  ry  x0  42,822  22,272  48,42  68,35 mm; 2 2 2 1  2ECw  1  2  70000 7,9  108  Ftb  2  GJ    26250 2100   Ar0   (k zL)2  706  68,352    (0,5 4150)2   = 52,298 MPa Độ mảnh tương đối λ = Min(λx; λy; λz) = 2,192. Với λ > S2* nên ứng suất giới hạn FL được xác định bằng: 72 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022
QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN FL  Fcy /  2  198/(2,192)2  41,19 MPa - Khả năng chịu lực danh nghĩa của cột được xác định bằng giá trị ứng suất giới hạn FL nhân với diện tích tiết diện (Ag): NAS/NZS = FLAg = 41,19 × 706 = 29080 Nmm = 29,08 kN 4. So sánh giá trị khả năng chịu lực thu thập và So sánh giữa số liệu thí nghiệm và số liệu mô khả năng chịu lực tính toán từ tiêu chuẩn AS/NZS hình hóa với số liệu tính toán sử dụng tiêu chuẩn 1664.1.1997 được thực hiện trên cơ sở phân tích độ tin cậy, bao gồm xác định các giá trị trung bình Pm và hệ số độ Các giá trị về khả năng chịu lực của cấu kiện cột lệch chuẩn Vp. Sau đó, hệ số chịu lực () được xác thu thập từ nghiên cứu [4] được sử dụng để so sánh định làm cơ sở cho việc áp dụng các tiêu chuẩn hiện với các giá trị thiết kế từ tiêu chuẩn Australia/New hành trong thiết kế cấu kiện chịu nén khi xảy ra mất Zealand AS/NZS 1664.1.1997 [5] trên cơ sở phương ổn định tổng thể. pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (Load and reistance factor design method -LRFD) Theo như các số liệu thu thập, các giá trị khả được quy định tại Tiêu chuẩn nhôm của Hoa Kỳ [8] năng chịu lực cấu kiện bị phá hoại do mất ổn định trong phân tích độ tin cậy. Phương pháp này dựa trên tổng thể. Tỉ số giữa kết quả thu thập và kết quả tính hai thông số của số liệu phân tích là giá trị trung bình toán từ các tiêu chuẩn (Nnum/Npredict) được biểu diễn và hệ số độ lệch chuẩn để xác định ra hệ số độ tin trên Hình 4 cho tiêu chuẩn AS/NZS 1664.1.1997, với cậy (β). Chi tiết của phương pháp này được trình bày trục nằm ngang là khả năng chịu lực của cột tính theo trong tài liệu của Nowak và Collins [9]. Phương pháp Tiêu chuẩn và trục thẳng đứng là tỉ số (Nnum/Npredict). này đã được áp dụng trong các nghiên cứu về thép Các số liệu phân tích (Pm; Vp) là giá trị trung bình không gỉ ([10], [11]) và nhôm hợp kim ([12], [13]). và hệ số độ lệch chuẩn được xác định bằng (0,936; Dựa trên hệ số độ tin cậy (β) được lấy bằng 2,5 0,124). Điều này cho thấy Tiêu chuẩn Australia cho cột [8], hệ số chịu lực () được xác định theo AS/NZS 1664.1:1997 đưa ra các kết quả dự đoán công thức (6) với cặp tổ hợp nội lực được lấy thiếu an toàn do giá trị Pm=0,936 khá thấp và hệ số [1,2G+1,5Q], trong đó G và Q là các giá trị tĩnh tải và độ lệch chuẩn cũng khá cao Vp = 0,124. hoạt tải; Mm, Fm, Pm là các giá trị trung bình của các Phân tích độ tin cậy sau đó được tiến hành và yếu tố về vật liệu, chế tạo và hệ số về khả năng chịu xác định được hệ số chịu lực () theo công thức (6) lực; (VR, VS) tương ứng là các hệ số độ lệch chuẩn và bằng 0,789 cho Tiêu chuẩn Australia/ New Zeland. của khả năng chịu lực và tải trọng tác động. Chi tiết Như đã trình bày ở trên, hệ số chịu lực (𝜙) quy định hơn quy định về các hệ số này được trình bày trong theo tiêu chuẩn là 0,9 nên nếu giá trị tính toán ra nhỏ Tiêu chuẩn Nhôm của Hoa Kỳ [8]. hơn 0,9 sẽ thiên về không an toàn và ngược lại. Kết 1,438M m Fm Pm   quả phân tích cho thấy tiêu chuẩn Australia đưa ra exp  2 VR  VS 2 (6) các kết quả dự đoán thiếu an toàn do hệ số chịu lực khá thấp bằng 0,789. Hệ số chịu lực tính toán này có Hệ số chịu lực () được quy định bằng 0,9 cho thể được đề xuất trong việc xác định khả năng chịu cấu kiện cột [8]. Trong so sánh ở bài báo, nếu hệ số này lớn hơn 0,9 thì thiết kế đưa ra có xu hướng thiên lực của cấu kiện nhôm tạo hình nguội chịu nén phá về an toàn và ngược lại. hoại do mất ổn định tổng thể. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022 73
QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN 1.4 1.2 Nnum/Npredict 1 0.8 Đường tiêu chuẩn Mất ổn định tổng thể 0.6 0 20 40 60 80 100 120 NAS/NZS (kN) Hình 4. So sánh kết quả thu thập và kết quả tính toán từ Tiêu chuẩn AS/NZS 1664.1.1997 cho cấu kiện chịu nén 5. Kết luận [6] Phạm Ngọc Hiếu (2022), “Áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhôm của Australia, Hoa Kỳ và Châu Âu Bài báo đã trình bày phương pháp xác định khả trong xác định khả năng chịu lực của cấu kiện nhôm năng chịu lực của cấu kiện cột nhôm bị phá hoại do chữ C tạo hình nguội,” Đề tài Khoa học cấp trường, Đại mất ổn định tổng thể theo Tiêu chuẩn Australia/New học Kiến trúc Hà Nội. Zealand. Các tính toán này được áp dụng để xác định khả năng chịu lực của cấu kiện cột nhôm tạo [7] V. V. Nguyen, G. J. Hancock, and C. H. Pham (2015), hình nguội khi xảy ra mất ổn định tổng thể, mà sau “Development of the Thin-Wall-2 for Buckling đó được so sánh với các giá trị cường độ thu thập từ Analysis of Thin-Walled Sections Under Generalised một dự án nghiên cứu tại Australia. Các so sánh này Loading,” in Proceeding of 8th International được thực hiện thông qua phân tích độ tin cậy làm Conference on Advances in Steel Structures. cơ sở đánh giá việc áp dụng Tiêu chuẩn Australia, [8] Aluminum Association, Aluminum Design Manual. thấy rằng Tiêu chuẩn đưa ra kết quả tính toán thiếu Washing DC, 2015. an toàn nghĩa là giá trị tính toán lớn hơn giá trị khả [9] A. S. Nowak and K. R. Collins (2000), Reliability of năng chịu lực thu thập, dẫn đến hệ số chịu lực (𝜙) Structures. McGraw-Hill Higher Education. bằng 0,789 là khá thấp. [10] J. Becque and K. J. R. Rasmussen (2009), TÀI LIỆU THAM KHẢO “Experimental investigation of local-overall interaction buckling of stainless steel lipped channel columns,” [1] M. Szumigała and Ł. Polus (2015), “Applications of Journal of Constructional Steel Research, vol. 65, no. Aluminium and Concrete Composite Structures,” 8–9, pp. 1677–1684. Procedia Engineering, vol. 108, no. 61, pp. 544–549. [11] S. Niu (2014), “Interaction Buckling of Cold-Formed [2] Permalite - Aluminium Roll-formed Purlin Solutions Stainless Steel Beams,” University of Sydney: (2015), Permalite Aluminium Building Solutions Pty Ltd. Sydney, Australia. Eagle Farm Qld 4009, Australia: Blue Scope Lysaghts. [12] J. H. Zhu and B. Young (2006), “Aluminum alloy [3] F. M. Mazzolani (2003), “Aluminium Structural Design”, tubular columns-Part II: Parametric study and design Wien: Springer-Verlag GmbH. using direct strength method,” Thin-Walled Structures, vol. 44, no. 9, pp. 969–985. [4] N. H. Pham (2019), “Strength and Behaviour of Cold- [13] J. H. Zhu and B. Young (2009), “Design of Aluminum rolled Aluminium Members”, The University of Sydney. Alloy Flexural Members Using Direct Strength [5] Australia/New Zealand AS/NZS1664.1:1997, Method,” Journal of Structural Engineering, vol. 135, Aluminium Structures. Part 1: Limit State Design. no. 5, pp. 558–566. 74 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.