Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I theo TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10

Chia sẻ: ViJiji ViJiji | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của dẩm thép tiết diện chữ I theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575-2012 và theo tiêu chuẩn Mỹ AISC 360-10. Đầu tiên lý thuyết về ổn định dầm thép tiết diện chữ I, trong đó giá trị moment tới hạn về mất ổn định tổng thể cho trường hợp khác nhau của tải trọng được nghiên cứu. Tiếp theo quy định thiết kế ổn định tổng thể của dầm tiết diện chữ I theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ được nghiên cứu và so sánh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I theo TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN NGUYỄN HOÀI SƠN TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I THEO TCVN 5575:2012 VÀ TIÊU CHUẨN AISC 360-10 LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Đại Thắng Long An – 2019
i LỜI CAM ĐOAN Ngoài những kết quả tham khảo từ những nghiên cứu khác như đã được ghi trong luận văn, tôi xin cam kết rằng luận văn này là do chính bản thân thực hiện và chỉ được nộp tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc. Long An, ngày tháng năm 2019 Học viên thực hiện Nguyễn Hoài Sơn
ii LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian học tập và nghiên cứu các tài liệu, đồng thời qua việc giảng dạy, truyền đạt các kiến thức từ các thầy cô, cùng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, tôi đã được giao nhận đề tài “Tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I theo TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10” Đề tài được tiến hành nghiên cứu về lý thuyết ổn định tổng thể của dầm thép tiết diện chữ I theo tiêu chuẩn Việt nam và tiêu chuẩn Mỹ, đồng thời đưa ra một số ví dụ để so sánh giữa hai tiêu chuẩn. Tuy nhiên vì thời gian có hạn nên trong luận văn này chỉ đề cập đến loại dầm tiết diện chữ I (đối xứng) chịu uốn tổng thể. Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc với Ban giám hiệu Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An cùng với tập thể giảng viên giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực ngành kỹ thuật xây dựng nói riêng và các ngành khác nói chung, đã tạo điều kiện cho học viên trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn cao học này. Do thời gian cùng với sự hiểu biết của bản thân vẫn còn hạn chế và đề tài nghiên cứu về so sánh tiêu chuẩn, nên vấn đề đưa ra trong Luận văn không khỏi có việc thiếu sót. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS.Đỗ Đại Thắng cùng tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành nội dung luận văn. Tôi rất mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý từ các thầy cô và những người quan tâm đến lĩnh vực này để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn nữa. Đó cũng chính là sự giúp đỡ quý báo nhất để tôi hoàn thiện hơn trong quá trình học tập, nghiên cứu và công tác sau này. Long An, ngày tháng năm 2019 Học viên thực hiện Nguyễn Hoài Sơn
iii NỘI DUNG TÓM TẮT ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I THEO TCVN 5575 - 2012 VÀ TIÊU CHUẨN AISC 360-10 Kết cấu thép là kết cấu thanh mảnh, bề dày của chúng nhỏ so với bề rộng. Dẫn đến kết cấu thép dễ bị mất ổn định. Mất ổn định trong kết cấu thép là nguyên nhân phá hoại chính. Theo tiêu chuẩn TCVN 5575 - 2012 quy định về thiết kế kết cấu thép thì phần quy định liên quan đến mất ổn định chiếm chủ yếu. Hiện nay quá trình toàn cầu hóa phát triển nhanh chóng, nhu cầu sử dụng kết cấu thép trong ngành xây dựng phát triển mạnh mẽ, dẫn đến việc nghiên cứu tìm hiểu về tiêu chuẩn nước ngoài như AISC (Mỹ), BS5950 (Anh), Eurocode (Châu Âu)… là rất cần thiết. Trong đó, tiêu chuẩn Mỹ AISC quy định chi tiết và có nhiều ví dụ thiết kế giúp cho người kỹ sư dễ hiểu và áp dụng Khi thiết kế dầm chịu tải trọng trong mặt phẳng uốn, do thông thường tải trọng đặt theo phương thẳng đứng. Dầm chịu moment uốn Mx, dầm chịu uốn và phát sinh biến dạng trong mặt phẳng tác dụng của tải trọng. Khi tăng tải trọng đến một giá trị nào đó mà dầm không còn chịu uốn trong mặt phẳng chịu lực x-x của dầm được nữa, nên dầm phát sinh moment biến dạng ở ngoài mặt phẳng uốn My theo phương y-y và cả moment xoắn T. Hai moment My và T trong quá trình tính toán không được xét đến nên có thể dầm bị phá hoại. Trường hợp này dầm vừa chịu uốn vừa chịu xoắn và bị vênh ra khỏi mặt phẳng chịu uốn, dầm mất khả năng chịu lực. Hiện tượng đó là mất ổn định tổng thể (global buckling) hoặc còn được gọi là dầm bị oằn ngang (lateral torsional buckling). Nguyên nhân: Khi chịu lực tác dụng từ trên xuống theo phương thẳng đứng (không có lực nào tác dụng theo phương ngang), tiết diện dầm chữ I được chia ra thành 2 phần chịu nén và chịu kéo, hai phần này phân chia bởi trục trung hòa (như hình 1b). Bản cánh dưới và một phần bản bụng dưới chịu nén có xu hướng mất ổn định giống như cột chịu nén. Trong khi đó bản cánh trên và một phần bản bụng trên chịu kéo có xu hướng kéo căng dầm. Tổng hợp hai phần dẫn đến dầm bị uốn theo phương ngang My và bị xoắn (oằn ngang).
iv Khi tải trọng nhỏ thì dầm bị uốn theo phương trong mặt phẳng của nó. Khi tải trọng tăng lên và đạt đến một mức nào đó dầm sẽ mất ổn định (oằn ngang), giá trị moment làm dầm bắt đầu oằn ngang gọi là moment tới hạn Mcr Công thức tổng quát cho các trường hợp dầm tiết diện chữ I mất ổn định tổng thể với các trục x,y, z. C Γ Luận văn nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của dẩm thép tiết diện chữ I theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575-2012 và theo tiêu chuẩn Mỹ AISC 360-10. Đầu tiên lý thuyết về ổn định dầm thép tiết diện chữ I, trong đó giá trị moment tới hạn về mất ổn định tổng thể cho trường hợp khác nhau của tải trọng được nghiên cứu. Tiếp theo quy định thiết kế ổn định tổng thể của dầm tiết diện chữ I theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ được nghiên cứu và so sánh. Có 2 ví dụ minh họa cho các bài toán được trình bày. Từ đó, rút ra được các đặc điểm giống và khác theo 2 tiêu chuẩn trên khi thiết kế dầm mất ổn định tổng thể. Lập chương trình tự động hóa kiểm tra ổn định tổng thể dầm thép theo TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10. Nghiên cứu phát triển lý thuyết hoặc tín hành thực nghiệm để xây dựng công thức xác định một hệ số điều chỉnh theo hai tiêu chuẩn. Ngoài việc nghiên cứu về mất ổn định tổng thể có nghiên cứu về ổn định cục bộ hoặc có thể nghiên cứu dầm tiết diện chữ I không đối xứng hoặc dầm có tiết diện thay đổi.
v ABSTRACT TOPIC:A COMPARATIVE STUDY OF VIETNAM STANDARD TCVN 5575-2012 AND AMERICAN STANDARD AISC 360-10 ABOUT LATERAL TORSIONAL BUCKLING OF THE STEEL I-BEAM Steel structures are slender structures, their thickness is small compared to the width. Leading to structural steel is prone to instability. Instability in steel structures is the main cause of sabotage. According to the standard TCVN 5575 - 2012, which prescribes steel structure design, the provisions related to instability account for the majority. Currently, the process of globalization is developing rapidly, the demand for using steel structures in the construction industry is strongly developed, leading to research and study on foreign standards such as AISC (USA), BS5950 (UK). , Eurocode (Europe) ... is very necessary. In particular, the American Standard AISC specifies in detail and there are many design examples that help engineers understand and apply. When designing a girder, the load is applied in the bending plane, because the load is normally placed vertically. Beam subjected to bending moment Mx, beam subjected to bending and generating deformation in the plane of effect of the load. When increasing the load to a certain value, the beam can no longer bend in the bearing plane xx of the beam, so the beam generates the deformation moment outside the bending plane My in the yy direction and the torsional torque T. My and T moments in the calculation process are not considered, so the beams may be damaged. In this case, the girder is both flexed and twisted and buckled out of the bending plane, the beam loses its bearing capacity. The phenomenon is global buckling or also known as lateral torsional buckling. Cause: When the force is applied from the top down in a vertical direction (no force is applied in the horizontal direction), the I-beam cross-section is divided into two sections subject to compression and tensile, these two sections are divided by Neutral axis (as shown in Figure 1b). The lower wing and the part of the lower abdomen subject to compression tend to be as unstable as the compression column.
vi Whereas the upper wing and the upper part of the upper abdomen are subject to tension. Combining the two parts, the beam will be bent in the horizontal direction My and twisted (warped horizontally). When the load is small, the beam is bent vertically in its plane. As the load increases and a certain level of beams becomes unstable (horizontal buckling), the value of the moment that the beam begins to warp is called the critical moment Mcr. General formula for cases of I-section cross-sections with total instability with x, y, and z axes. C Γ The Lateral Torsional Buckling (LTB) of the steel I-beam according to Vietnam Standard TCVN 5575-2012 and American Standard AISC 360-10. Firstly, the theory of LTB of the steel I-beam, in which the critical moment value of LTB for different cases of load is studied. Next, the regulation of the LTB design of I- beams according to Vietnamese Standard and American Standard are considered and compared. There are 2 examples to illustrate the problems presented. Finally, about the similar and different characteristics according to two standards in LTB design. Program automation automation to check the overall stability of steel beams according to TCVN 5575: 2012 and standard AISC 360-10 Research to develop theory or empirical credit to develop a formula for determining a correction factor according to two criteria In addition to the study of overall instability, there are also studies of local stability or it can be studied asymmetrical I-shaped beams or changed cross-section beams.
vii MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................... i DANH MỤC KÝ HIỆU ........................................................................................ iv DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................xiiiii DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. xiviii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................. xv 1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... xv 2. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... xv 3. Những nghiên cứu trước đây ............................................................................ xvi 3.1. Nghiên cứu trong nước .................................................................................. xvi 3.2. Nghiên cứu nước ngoài ................................................................................. xvii 4. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... xviii 5. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ xviii 6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ xviii 7. Nội dung luận văn ............................................................................................ xix CHƯƠNG I -LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU THÉP ................................... 1 1.1 Khái quát về ổn định .......................................................................................... 1 1.2 Các dạng mất ổn định ........................................................................................ 1 1.2.1 Các vấn đề liên quan đến ổn định của dầm...................................................... 2 1.2.2 Mất ổn định cục bộ (Local buckling) .............................................................. 2 1.2.2.1 Mất ổn định cục bộ bản cánh chịu nén ......................................................... 3 1.2.2.2 Mất ổn định cục bộ bản bụng ....................................................................... 4 1.2.3. Mất ổn định tổng thể (Lateral Torsional Buckling) ........................................ 5 1.2.3.1 Phân biệt dầm uốn trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng .............................. 8 1.2.3.2 Lý thuyết tính toán ổn định tổng thể............................................................. 8 1.2.3.3 Công thức moment tới hạn tổng quát ......................................................... 14 1.3 Kết luận ........................................................................................................... 15
viii CHƯƠNG 2 - NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I .................................................................................. 16 2.1. Quy định tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I theo TCVN 5575:2012 ............................................................................................................. 16 2.1.1 Một số bài toán dầm chữ I chịu tải trọng đặt tại các vị trí khác nhau trên tiết diện ....................................................................................................................... 16 2.1.2. Tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I theo TCVN 5575:2012 . 18 2.2 Quy định tính toán ổn định dầm thép tiết diện chữ I tiêu chuẩn AISC 360-10. . 23 2.2.1. Một số quy định tính toán theo phương pháp LRFD .................................... 24 2.2.2. Quy định về độ mảnh của bản cánh và bản bụng .......................................... 26 2.2.3. Quy định về độ bền danh nghĩa Mn của dầm thép tiết diện chữ I ................. 27 2.2.3.1 Khi Lb Lr................................................................................................ 33 2.2.3.4 Hệ số Cb .................................................................................................... 33 2.2.3.5 Công thức tính độ bền uốn danh nghĩa cho các trường hợp của dầm thép tiết diện chữ I .............................................................................................................. 34 2.3 So sánh hai tiêu chuẩn ..................................................................................... 37 CHƯƠNG 3 - CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN ........................................................... 39 3.1Ví dụ 1.............................................................................................................. 39 3.1.1 Các thông số tính toán .................................................................................. 39 3.1.2. Tính toán ổn định tổng thể theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575: 2012 . 40 3.1.3 Tính toán ổn định tổng thể theo tiêu chuẩn AISC 360-10 bằng phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và bền LRFD........................................................... 41 3.1.4 Nhận xét, so sánh ...................................................................................... 44 4.2 Ví dụ 2: ........................................................................................................... 44 4.2.1 Các thông số tính toán ............................................................................................. 45 4.2.2 Tính toán ổn định tổng thể theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575: 2012.... 45 4.2.3. Tính toán ổn định tổng thể theo tiêu chuẩn AISC 360-10 bằng phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và bền LRFD ..................................................................... 46 4.3.4 Nhận xét...................................................................................................................... 47
ix CHƯƠNG 4 -KẾT LUẬN ................................................................................... 48 4.1 Kết luận ........................................................................................................... 48 4.2 Kiến nghị và hướng phát triển đề tài ................................................................ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 51
x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU A Diện tích tiết diện nguyên Af Diện tích tiết diện cánh Aw Diện tích tiết diện bản bụng b Chiều rộng bf Chiều rộng bản cánh Cb Hệ số xét đến sự biến đổi mô men dọc chiều dài của thanh D Tĩnh tải h Chiều cao của tiết diện dầm hw Chiều cao của bản bụng hfk Khoảng cách trọng tâm hai cánh nén Ιt Mômen quán tính của tiết diện dầm khi xoắn Ιx Mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với trục x-x Ιy Mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với trục y-y l Chiều dài nhịp của dầm l0 Chiều dài tính toán của bản cánh chịu nén Lb Khoảng cách giữa hai giằng Lr Khoảng cách lớn nhất giữa hai giằng t Chiều dày bản bụng tf Chiều dày của bản cánh tw Chiều dày của bản bụng Wnmin Môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán Wx Môđun chống uốn (mômen kháng) của tiết diện nguyên đối với trục x-x Wy Môđun chống uốn (mômen kháng) của tiết diện nguyên đối với trục y-y P Lực tập trung Pcr Tải trọng tới hạn Pu Lực dọc đã kể đến hệ số của cấu kiện Pe Tải trọng mất ổn định q Tải trọng phân bố đều M Mômen uốn
xi Mcr Mômen tới hạn Mu Mômen uốn ndanh nghĩa Mp Mômen dẻo E Môđun đàn hồi của thép E Tải trọng động đất Fy Cường độ chảy dẽo Fcr Ứng suất mất ổn định cực hạn chịu nén fy Cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép γc Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu λ Độ mảnh của cấu kiện (λ = lo/i) λp Độ mảnh giới hạn của phần tử đặc chắc λr Độ mảnh giới hạn của phần tử không đặc chắc Φ Rn Độ bền thiết kế Rn Cường độ danh nghĩa λf Độ mảnh của bản cánh λw Độ mảnh của bản bụng λpw Độ đặc chắc của bản bụng λrf Độ không đặc chắc của bản cánh λrw Độ không đặc chắc của bản bụng λ Độ mảnh qui ước ( λ = λ f /E ) λw Độ mảnh qui ước của bản bụng ( λ w = (hw / tw) f /E ) λx Độ mảnh tính toán của cấu kiện trong mặt phẳng vuông góc với trục x-x λy Độ mảnh tính toán của cấu kiện trong mặt phẳng vuông góc với trục tương ứng y-y ϕ Hệ số uốn dọc ϕb Hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắn ψ Hệ số xác định hệ số ϕ b khi tính toán ổn định của dầm J Mô men quán tính khi xoắn Γ Hệ số vênh của tiết diện C1 Hệ số tải trọng
xii K Hệ số phụ thuộc vào vì trí đặc lực W Tải trọng gió
xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Mất ổn định cục bộ của dầm tiết diện chữ I .............................................. 3 Hình 1. 2 Mất ổn định cục bộ bản cánh chịu nén ..................................................... 4 Hình 1. 3 Mất ổn định bụng dầm dưới tác dụng ứng suất tiếp .................................. 5 Hình 1. 4 Mất ổn định bản bụng dầm dưới tác dụng ứng suất pháp .......................... 5 Hình 1. 5 Dầm bị mất ổn định tổng thề (bị oằn ngang)............................................. 6 Hình 1. 6 Tải trọng tác dụng lên dầm tiết diện chữ I ................................................ 6 Hình 1. 7 Dầm tiết diện chữ I mất ổn định tổng thể ................................................. 7 Hình 1. 8 Mặt cắt ngang tiết diện chữ I khi chịu lực tác dụng .................................. 7 Hình 1. 9 Dầm đơn giản chịu moment uốn thuần túy ............................................... 8 Hình 1. 10 Dầm tiết diện chữ I năng lượng xoắn...................................................... 9 Hình 1. 11 Chuyển vị của dầm tiết diện chữ I ........................................................ 10 Hình 1. 12 Chuyển vị của dầm khi mất ổn định tổng thể ........................................ 14 Hình 2. 1 Dầm hàn tiết diện chữ I .......................................................................... 21 Hình 2. 2 Lưu đồ tính toán hệ số ϕb ....................................................................... 22 Hình 2. 3 Lưu đồ phân loại tiết diện dầm theo điều kiện cục bộ ............................. 27 Hình 2. 4 Mối quan hệ giữa moment uốn Mn và độ mãnh λf .................................. 29 Hình 2. 5 Mối quan hệ giữa moment uốn danh định Mn và độ mảnh λw ................. 30 Hình 2. 6Sự thay đổi của Mcr theo khoảng cách Lb ................................................ 32 Hình 2. 7 Lưu đồ quy định độ bền danh nghĩa dầm tiết diện chữ I ......................... 33 Hình 2. 8 Lưu đồ xác định moment Mn theo điều kiện ổn định tổng thể ................. 36 Hình 3. 1 Ví dụ 1 ................................................................................................... 39 Hình 3. 2 Ví dụ 2 ................................................................................................... 44
xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1 Giá trị K và tỷ số l2/a2 bài toán dầm chữ I chịu tải trọng phân bố đều ..... 17 Bảng 2. 2 Giá trị K và tỷ số l2/a2 bài toán dầm chữ I chịu tải trọng tập trung.......... 17 Bảng 2. 3 Giá trị K và tỷ số l2/a2 của dầm công xôn chịu tải trọng tập trung .......... 18 Bảng 2. 4 Hệ số ψ đối với dầm tiết diện chữ I có hai trục đối xứng ....................... 19 Bảng 2. 5 Hệ số ψ đối với dầm công xôn tiết diện chữ I có hai trục đối xứng ........ 20 Bảng 2. 6 Phân loại tiết diện dầm theo điều kiện ổn định cục bộ............................ 26
xv PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Kết cấu thép là loại kết cấu được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực như nhà công nghiệp, nhà dân dụng…Trong những năm gần đây ở Việt Nam cùng với sự lớn mạnh của nền kinh tế nói chung và của ngành xây dựng nói riêng, kết cấu thép càng phát triển rộng rãi, đa dạng, phong phú, từ đó cho thấy kiến thức về kết cấu thép là rất cần thiết cho mọi kỹ sư và cán bộ kỹ thuật trong ngành xây dựng. Nhiều năm qua Việt Nam đã đạt được rất nhiều kết quả tích cực trong hội nhập kinh tế quốc tế, việc nghiên cứu và áp dụng nhiều loại tiêu chuẩn,quy phạm thiết kế kết cấu thépnước ngoài là điều tất yếu, trong đó đáng chú ý là các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng như AISC (Hoa Kỳ), BS5950 (Anh), Eurocode (Châu Âu). Việc tìm hiểu kỹ tiêu chuẩn,quy chuẩn, quy phạm của các nước ngoài, qua đó đối chiếu với tiêu chuẩn của Việt Nam là công việc cần thiết trong thời điểm hiện nay. Kết cấu thép là kết cấu thanh mảnh, bề dày của chúng nhỏ so với bề rộng. Dẫn đến kết cấu thép dễ bị mất ổn định. Mất ổn định trong kết cấu thép là nguyên nhân phá hoại chính. Theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 quy định về thiết kế kết cấu thép thì phần quy định về liên quan đến mất ổn định chiếm chủ yếu. Tuy nhiên do nhu cầu phát triển về việc sử dụng kết cấu thép trong ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp hiện nay, việc nghiên cứu tìm hiểu về tiêu chuẩn một số nước như AISC (Hoa Kỳ), BS5950 (Anh), Eurocode (Châu Âu) là rất cần thiết. Trong đó tiêu chuẩn Mỹ AISC quy định rất cụ thể và chi tiết, nên đề tài mong muốn nghiên cứu và so sánh tiêu chuẩn Việt nam và tiêu chuẩn của Mỹ để tìm ra những điểm giống nhau và khác nhau, từ đó có thể rút ra những quy định trong tiêu chuẩn mỹ để bổ sung cho tiêu chuẩn Việt Nam. 2. Lý do chọn đề tài Ngày nay, việc thiết kế kết cấu thép có thể được thực hiện dựa trên nhiều tiêu chuẩn khác nhau, do quá trình toàn cầu hóa nhanh chóng. Người chủ trì thiết kế kết cấu thép có thể sử dụng kết hợp nhiều loại tiêu chuẩn để nghiên cứu thiết kế. Do đó các kỹ sư thiết kế phải áp dụng một tiêu chuẩn cho loại vật liệu nhất định. Tiêu
xvi chuẩn TCVN 5575:2012 và AISC 360-10 nói về việc thiết kế kết cấu thép, nội dung của hai tiêu chuẩn này có nhiều điểm tương đồng và khác biệt trong ứng dụng. Trong luận văn này, bằng việc nghiên cứu lý thuyết ổn định tổng thể dầm thép chữ I và đưa bài toán ví dụ về: “Tính toán ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng) giữa TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10”, qua đó sẽ tìm hiểu thêm về các cách tính toán ổn định dầm thép chữ I, đồng thời có thể bổ sung vào tiêu chuẩn Việt Nam những vấn đề còn thiếu hoặc đề xuất áp dụng tiêu chuẩn AISC 360-10 trong điều kiện của Việt Nam. 3. Những nghiên cứu trước đây Trong luận văn này, được dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước đồng thời tham khảo các bài báo, tạp chí xây dựng nói về ổn định tổng thể dầm thép tiết diện chữ I và cách tính toán giữa tiêu chuẩn Việt Nam với các tiêu chuẩn nước ngoài. 3.1. Nghiên cứu trong nước Vũ Quốc Anh [1] và cộng sự đã có nghiên cứu “Tính xoắn dầm thép chữ H bằng biểu đồ theo quy phạm Mỹ AISC”, 2015, cho thấy theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện chưa có chỉ dẫn cụ thể về việc tính toán dầm chịu xoắn, do đó việc áp dụng quy trình tính toán dầm chịu xoắn theo quy phạm AISC là cần thiết và có ý nghĩa thực tế trong công tác thiết kế công trình thép. Huỳnh Minh Sơn [2] đã có nghiên cứu “So sánh áp dụng tiêu chuẩn AISC/ASD (Mỹ) với tiêu chuẩn TCVN 5575-91 (Việt Nam)để kiểm tra ổn định cục bộ dầm thép bản tổ hợp” và kết luận rằng theo TCVN thì việc tính toán ổn định cục bộ khắc khe hơn khi chỉ cần cánh hay bụng mất ổn định cục bộ là xem như mất bền và theo tiêu chuẩn AISC/ASD chỉ bỏ qua phần bụng oằn, phần còn lại phân phối lại ứng suất và cho phép tăng chiều dày cánh để giảm ứng suất cắt cho bụng mà không cần tăng bề dày bản bụng và bố trí sườn gia cường. Lê Văn Duy [3] “ Tính toán dầm thép tiết diện chữ I chịu xoắn theo tiêu chuẩn AISC” đã kiến nghị ngày nay với nhiều ưu điểm công trình thép ngày càng phát triển ở Việt Nam về ảnh hưởng của xoắn lên cấu kiện thép là không thể tránh khỏi và không thể bỏ qua trong tính toán. Do đó cần sớm đưa bài toán phân tích
xvii xoắn vào tiêu chuẩn hoặc chưa có điều kiện thì cần một chỉ dẫn tính toán để thuận lợi cho các kỹ sư thiết kế. Trần Thoại [4] “Tính toán ổn định của dầm thép tiết diện chữ I không đối xứng theo tiêu chuẩn Eurocode 3” đã kiến nghị về tiết diện dầm chữ I không đối xứng khó chế tạo định hình, nhưng khi được nghiên cứu tiết diện hợp lý sẽ thích hợp làm dầm đỡ trong các công trình nhà cao tầng. Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp đại học Đà Nẵng của TS. Trần Quang Hưng[5]“Nghiên cứu ổn định tổng thể của dầm thép có tiết diện thayđổi”. Đề tài đã nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của dầm thép tiết diện chữ I với chiều cao tiết diện thay đổi tuyến tính. Đây là hình thức cấu kiện kháphổ biến trong kết cấu nhà thép công nghiệp và dân dụng. Việc tính toánthực tế gặp nhiềukhó khăn do chưa có quy định cụ thể về vấn đề này, kể cảtrong tiêu chuẩn tính toán và tài liệu hướng dẫn về kết cấu thép. Đề tài đã trình bày được sơ lược phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng trong trường hợp này, trong đó chú trọng đến dùng phần tử tấm để mô phỏng dầm, đề tài đã xâydựng được các biểu đồ và công thức gần đúng, xác định nhanh mômen giớihạn đàn hồi của dầm tiết diện thay đổi dựa vào dầm tiết diện không đổi cóchiều cao h=hmax. Để xây dựng được dữ liệu đầy đủ hơn thì cần thêm nhiều tính toán khác. Kết quả của đề tài này có thể hoàn thiện thêm để làm tài liệu chỉ dẫn thiết kế kết cấu thép nhà dân dụng và công nghiệp. 3.2. Nghiên cứu nước ngoài H. R. Ronagh[9] đã phát triển mô hình gần đúng dùng phươngpháp phần tử hữuhạn để giải bài toán ổn định của dầm tiết diện chữ I có chiềucao thay đổi, trong đó có xét đến lực nén và ảnh hưởng của tỉ sốdiện tích cánh và bụng dầm. Tác giả dùng phần tử thanh thuần túynên đơn giản được bài toán nhưng chưa xét đến hết các vấn đề khácliên quan đến cấu tạo tiết diện, vị trí tải trọng. AbdelrahmaneBekaddour Benyamina [10] đã tìm lời giải giải tíchvà phương pháp số mô hình một cách khá toàn diện, nghiên cứunày chỉ áp dụng cho dầm đơn giản chịu tải phân bố. Liliana Marques [11] đã tổng hợp các nghiên cứu và khảo sát số đểđề xuất một số vấn đề khi thiết kế dầm chữ I có tiết diện thay đổi.
xviii A. Andrade [12] đã khảo sát dầm tiết diện thay đổi trong đó bụngdầm được bố trí các điểm cố kết ngoài mặt phẳng để chống lật. Tácgiả đã mô hình các thanh cố kết bằng các liên kết tương đương. 4. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu về lý thuyết mất ổn định của dầm thép, tập trung nghiên cứu mất ổn định tổng thế của dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng). - So sánh các quy định về ổn định tổng thể của dầm thép giữa hai tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 và tiêu chuẩn AISC 360-10. - Từ các ví dụ về thiết kế mất ổn định dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng) sẽ rút ra các kết luận để có thể áp dụng vào thực tế tại Việt Nam. 5.Phạm vi nghiên cứu Dotiết diện chữ I (đối xứng) thường dùng phổ biến nhất trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp. Nên trong luận văn này tập trung nghiên cứu mất ổn định tổng thể của dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng) sử dụng trong công trình nhà công nghiệp như kho, xưởng... Nghiên cứu tính toán và so sánh mất ổn định tổng thể (Lateral – Torsional Buckling) của dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng) theo hai tiêu chuẩn là TCVN 5575:2012(Việt Nam) và ANSI/AISC 360-10 (Mỹ). Tiêu chuẩn AISC 360-10 (Mỹ) có hai phương pháp tính toán: phương pháp ứng suất cho phép (Allowable Strength Design, ASD) vàphương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và bền(Load and ResistanceFactor Design, LRFD). Cả hai phương phương pháp này được sử dụng như nhau, tùy theo sự lựa chọn của người thiết kế. Tuy nhiên hiện nay phương pháp phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và bền(Load and Resistance Factor Design, LRFD) được sử dụng phổ biến rộng rãi. Nên đề tài chọn phương pháp thiết kế LRFDđể tính toán và so sánh. 6. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu đề tài tác giả đã thu thập, tìm hiểu các tài liệu đã nghiên cứu trong và ngoài nướctrước đây.Lý thuyết về mất ổn định tổng thể (Lateral – Torsional Buckling) của dầm tiết diện chữ I, tiêu chuẩn TCVN 5575:2012, tiêu chuẩn ANSI/AISC 360-10 “Specification for Structural Steel
xix Buildings”và các giáo trình về lý thuyết mất ổn định cùng với các bài báo nghiên cứu về thép, từ đó để vận dụng cho việc nghiên cứu đề tài. 7. Nội dung luận văn Luận văn có phần mở đầu và bốn chương gồm: Phần mở đầu: Sự cần thiết của việc nghiên cứu, tổng quan về các vấn đề nghiên cứu trong và ngoài nước, mục tiêu, phạmvi và phương pháp nghiên cứu. Chương 1 nghiên cứu lý thuyết tổng quan về ổn định tổng thể kết cấu nhằm có cơ sở để nghiên cứu tiêu chuẩn của các nước. Chương 2 nghiên cứu các quy định về tính toán mất ổn định tổng thể của dầm thép tiết diện chữ I (đối xứng) giữa hai tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế”và tiêu chuẩn AISC 360-10 “Specification for Structural Steel Buildings”. Các ví dụ tính toán giữa hai tiêu chuẩn sẽ được trình bày trong Chương 3. Từ đó để có cơ sở rút ra những kết luận và kiến nghị ở Chương 4.