Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
163
SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BU LÔNG
NỐI DẦM VÀ CỘT TRONG CÔNG TRÌNH KẾT CẤU THÉP
THEO TIÊU CHUẨN AISC 360-16 VÀ SỬ DỤNG
PHẦN MỀM IDEA STATICA
Phạm Nguyễn Hoàng, Nguyễn Quang Phú
Trường Đại học Thủy lợi, email: hoang.kcct@tlu.edu.vn
1. CÁC LOẠI LIÊN KẾT BU LÔNG NỐI
DẦM VÀ CỘT
Để tạo các cấu kiện ghép từ những thép
hình, thép tấm riêng rẽ, người ta phải dùng
đến liên kết. Từng cấu kiện này lại liên kết với
nhau để tạo thành một công trình hoàn chỉnh.
Hiện nay trong kết cấu thép có hai phương
pháp liên kết chính là liên kết hàn và liên kết
bu lông. Liên kết đinh tán trước đây có sử
dụng nhưng ngày nay gần như không sử dụng
nữa. Trong công trình liên kết dầm - cột là
một liên kết rất quan trọng, nó đóng vai trò
không thể thiếu để hình thành lên một công
trình kết cấu thép. Do khối lượng không cho
phép, trong khuôn khổ bài báo này chỉ đề cập
đến liên kết bu lông nối dầm và cột. Để phân
loại liên kết dầm - cột có thể dựa theo hình
dạng dầm, cột, theo điều kiện làm việc của bu
lông, theo lực được truyền, theo loại các thành
phần liên kết (bản thép, thép góc,..), hay bằng
phương pháp liên kết (đặt lên, bắt ngang,…).
Có thể chia sơ bộ liên kết dầm - cột thành hai
loại chính: Liên kết truyền lực cắt và liên kết
truyền mô men. Liên kết chịu cắt chủ yếu sẽ
liên kết tại bụng của dầm (Hình 1).
Hình 1. Liên kết truyền lực cắt giữa dầm và cột
Với liên kết truyền mô men, các điểm khống
chế ngoài liên kết tại bụng thì sẽ khống chế tại
cả cánh trên và cánh dưới của dầm (Hình 2).
Hình 2. Liên kết truyền mô men giữa dầm và cột
Đã có rất nhiều tác giả đề cập đến việc tính
toán liên kết kết cấu thép như: Ivan Gomez
[3], John T. DeWolf [4],… Các tác giả trên đã
phân tích đánh giá những liên kết kết cấu thép
dưới nhiều góc độ khác nhau. Ở Việt Nam, tác
giả Đoàn Định Kiến [2] và các cộng sự đã dày
công biên soạn và tổng hợp lên bộ tài liệu
Thiết kế kết cấu theo Quy phạm Hoa Kỳ.
Trước đó một tác giả khác, Trần Thị Thôn [5]
cũng đưa ra tài liệu Thiết kế nhà thép tiền chế
theo Quy phạm Hoa Kỳ. Những tài liệu trên
đã đề cập đến việc tính toán liên kết trong kết
cấu thép nói chung và liên kết bu lông nói
riêng, giúp độc giả có cái nhìn khái quát về
liên kết bu lông trong công trình kết cấu thép.
2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM IDEA STATICA
ĐỂ TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BU LÔNG
NỐI DẦM VÀ CỘT
2.1. Mô hình hoá liên kết bu lông nối
dầm và cột bằng phần mềm Idea Statica
Idea Statica là một phần mềm sử dụng để
phân tích và thiết kế các cấu trúc xây dựng,
bao gồm các tòa nhà, cầu, đập, đường hầm và
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
164
các công trình dân dụng khác. Khung kết cấu
sử dụng để tính toán là hệ khung phẳng 2
nhịp, 2 tầng. Mỗi nhịp có kích thước 4m và
mỗi tầng có chiều cao là 3m. Các cột có là
thép tổ hợp tiết diện chữ I5002001012,
các dầm ngang là thép tổ hợp tiết diện chữ
I350150810.
Hình 3. Khung thép thực hiện khảo sát
2.2. Thiết kế mô hình trên phần mềm
SAP2000 để xác định nội lực
Mô hình khung thép được mô hình hóa
trong phần mềm SAP2000 và tải trọng tác
dụng lên khung thể hiện trong hình 4.
Hình 4. Mô hình trong Sap2000
Biểu đồ lực cắt trong khung thể hiện trong
hình 5.
Hình 5. Biểu đồ lực cắt (kN)
2.3. Ứng dụng phần mềm Idea Statica
tính toán liên kết nối dầm và cột
Hình 6. Mô hình ba loại liên kết khảo sát
Mô hình tính toán liên kết thực hiện trên
phần mềm Idea Statica, với các thông số đầu
vào được trình bày trong Bảng 1.
2.4. Kết quả tính toán trong mô hình
Bảng 1. Kết quả thông số đầu vào
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
165
3. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
TRONG PHẦN MỀM VÀ LÝ THUYẾT
THEO TIÊU CHUẨN AISC 360-16
Kết quả so sánh được trình bày ở Bảng 2.
Bảng 2. So sánh kết quả tính toán
theo tiêu chuẩn AISC 360-16 [1]
và sử dụng phần mềm Idea Statica
Tỉ số huy động khả năng chịu lực
Loại
liên
kết
Hình
thức
chịu
lực
Bu
lông
Phương pháp
lý thuyết theo
tiêu chuẩn
AISC 360-16
Idea
Statica
Độ lệch
kết quả
B1 0.59 0.59 0.0%
B2 0.59 0.60 0.9%
Bu lông
chịu cắt B3 0.59 0.59 -0.6%
B1 0.33 0.33 2.2%
B2 0.33 0.33 -0.2%
Liên
kết
loại
1 Bu lông
chịu ép
mặt B3 0.33 0.32 -1.7%
B1 0.30 0.29 -1.8%
B2 0.30 0.31 3.0%
B3 0.30 0.29 -2.4%
B4 0.30 0.30 1.8%
B5 0.30 0.29 -3.0%
Bu lông
chịu cắt
B6 0.30 0.30 0.0%
B1 0.16 0.16 -2.8%
B2 0.16 0.17 1.9%
B3 0.16 0.16 -3.4%
B4 0.16 0.16 0.7%
B5 0.16 0.16 -4.0%
Liên
kết
loại
2
Bu lông
chịu ép
mặt
B6 0.16 0.16 -1.1%
B1 0.22 0.21 -4.0%
B2 0.22 0.21 -4.0%
B3 0.22 0.23 4.8%
B4 0.22 0.23 4.8%
B5 0.22 0.21 -4.8%
B6 0.22 0.21 -4.8%
B7 0.22 0.23 4.0%
Bu lông
chịu cắt
B8 0.22 0.23 4.0%
B1 0.08 0.08 -3.9%
B2 0.08 0.08 -3.9%
B3 0.08 0.08 4.1%
B4 0.08 0.08 4.1%
B5 0.08 0.08 -4.7%
B6 0.08 0.08 -4.7%
B7 0.08 0.08 4.1%
Bu lông
chịu ép
mặt
B8 0.08 0.08 4.1%
B1 0.51 0.52 1.4%
B2 0.51 0.52 1.8%
B3 0.51 0.49 -4.3%
Liên
kết
loại
3
Bu lông
chịu
kéo B4 0.51 0.49 -4.1%
4. KẾT LUẬN
Qua những nghiên cứu trong bài báo, có
thể đưa ra một số kết luận như sau:
+ Phầm mềm Idea Statica là một phần
mềm hỗ trợ trong BIM, nó giúp cho việc tính
toán liên kết trong kết cấu thép được trực
quan hơn, nhanh và hiệu quả hơn, kiểm soát
va chạm, tiết kiệm được thời gian và công
sức trong thiết kế.
+ Qua so sánh kết quả thu được từ phần
mềm và kết quả tính toán bằng toán học, có
thể thấy phần mềm Idea Statica cho kết quả
tính toán có độ tin cậy cao (độ lệch tối đa <
5% đối với các kết quả).
+ Trong nghiên cứu mới chỉ trình bày đến
liên kết bu lông nối dầm và cột trong công
trình kết cấu thép. Để đa dạng trong nghiên
cứu và đánh giá, nên áp dụng phần mềm Idea
Statica để tính toán với nhiều loại liên kết
khác như liên kết chân cột và móng, liên kết
dầm phụ và dầm chính, các loại liên kết
hàn,... trong công trình kết cấu thép.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] AISC 360 (2016). Specification for
Structural Steel Buildings.
[2] Đoàn Định Kiến, Nguyễn Song Hà, 2010
Thiết kế kết cấu thép theo Quy phạm Hoa
Kỳ AISC-2005 ASD-LRDF.
[3] Ivan Gomez, Amit Kanvinde, 2009 Shear
Transfer in Exposed Column Base Plates -
AISC.
[4] John T. DeWolf, David T.Bicker, Column
Base Plates - Steel Design Guide Series 1 -
AISC, 2003.
[5] Trần Thị Thôn, Thiết kế nhà thép tiền chế
theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005/ASD
và LRDF, 2014.