05.1.Kth.son Huynhminh

5/11/2018 05.1.Kth.son Huynhminh - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/051kthson-huynhminh 1/8

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009

1

THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT THÉP THÀNHMỎNG, CHỮ I, CÁNH R ỖNG THEO TIÊU CHUẨN AS-1538 (ÚC)

ESTABLISHMENT OF A CALCULATING PROCESS FOR THE HOLLOWFLANGE BEAM COLUMN SECTION IN ACCORDANCE WITH AS-1538

STANDARD (AUSTRALIA)

Hu ỳnh Minh S ơ nTr ườ ng Cao đẳ ng Công nghệ , Đại học Đà N ẵ ng

TÓM TẮT

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết lập quy trình tính toán tiết diện cột thép thành

mỏng chữ I, cánh r ỗng theo tiêu chuẩn thiết kế AS-1538 của Úc. Các cấu kiện lựa chọn ápdụng quy trình là cột chịu nén trung tâm và cột chịu nén-uốn trong khung nhà công nghiệp nhẹ sử dụng loại tiết diện đặc biệt HFB (Hollow Flange Beam) định hình chế tạo theo công nghệ của Úc. Quy trình tính toán này có ý ngh ĩ a trong điều kiện Việt Nam chưa ban hành tiêu chuẩnthiết kế thép thành mỏng. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy việc ứng dụng các kết cấutiết diện HFB vào thực tế xây dựng Việt Nam.

ABSTRACT

The article presents the result of a study on the establishment of a calculating processfor the hollow flange beam column section concerning Australian Standard (AS-1538). Theselected samples are centre-compressed columns and flexure-compressed columns in the

frame structure of industral buildings that used a special hollow flange beam section made inaccordance with Australian Standard. This process is useful in the Vietnamese conditions inwhich a standard for this thin-wall steel structure design has not been issued. The result of thisstudy aims to contribute to the application of the hollow flange beam structure to the realconstruction works in Vietnam.

1. Đặt vấn đề

Tiết diện chữ I, cánh r ỗng, thép thành mỏng chế tạo theo công nghệ của Úc(Hollow Flange Beam - viết tắt là HFB) k ết hợ p đượ c lợ i ích của tiết diện chữ I vớ i tiếtdiện r ỗng nên có nhiều ưu việt có khả năng ứng dụng r ộng rãi trong thực tế không chỉ ở dạng dầm HFB chịu uốn mà còn có thể ứng dụng trong các cột chịu nén và chịu néntrung tâm. Trong điều kiện chúng ta chưa ban hành tiêu chuẩn thiết k ế thép thành mỏng,tạo hình nguội đồng thờ i chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng về loại k ết cấu có tiết diệnđặc biệt này, việc thiết lậ p quy trình tính toán cột HFB theo tiêu chuẩn AS-1538

(Australian Standard - Cold-formed Steel Structure) có ý ngh ĩ a thiết thực đóng góp tài liệuhướ ng dẫn tính toán thiết k ế ứng dụng công nghệ mớ i vào thực tế xây dựng Việt Nam.

2. Nội dung

2.1. Tính toán khả năng ch ị u l ự c của ti ế t di ệ n HFB (xem Hình 1)




2

2.1.1. Tính toán khả nă ng chịu mômen

- Từ ứng suất cho phép (F bx), (F by) ta tính đượ c mômen uốn cho phép:

+ Theo tr ục x-x: Mx = F bx. Zxc (1)

+ Theo tr ục y-y: My = F by. Zyc (2)F bx; F by: Ứ ng suất cho phép của cánh theo tr ục x-x và y-y tính theo3.3.2-AS1538,

+ F bx = min (F,F box) (3)

+ F by = min (F,F boy) (4)

F: Ứ ng suất cho phép của tiết diện.

F = 0,6f y khi không k ể đến sự tăngcườ ng độ do uốn nguội

F = 0,6f ya khi k ể đến sự tăng cườ ngđộ do uốn nguội.

F box; F boy: Ứ ng suất cho phép ở cánhcột theo tr ục x-x; y-y đảm bảo ổnđịnh tổng thể:

F box= (0,55-0,1 khi Fox f y (5) và F boy=(0,55-0,1 khi Foy f y (6)

F box=(0,95-0,5 ).Fy khi Foxf y (7) và F box=(0,95-0,5 ).Fy khi Foxf y (8)

f y : Giớ i hạn chảy của thép;f ya: Giớ i hạn chảy của thép có k ể đếnsự tăng cườ ng độ do uốn nguội

Fox ; Foy Ứ ng suất tớ i hạn đànhồi của tiết diện HFB theo tr ục x-x;y-y.

Zxc, Zyc: Mômen chống uốnhữu hiệu theo tr ục x-x;y-y tra bảng

đặc tr ưng hình học tiết diện HFB Sử dụng chươ ng trình HFB-

DS2008 có thể tính đượ c mômen uốncho phép như Bảng 1; Đồ thị 1.

- Chiều dài tính toán Le cànglớ n mômen uốn cho phép càng giảmchứng tỏ ổn định tổng thể ảnh hưở ngr ất lớ n đến khả năng chịu tải tr ọngcủa cấu kiện HFB. Do đó cần thiết

Hình 1. Tiế t diện hữ u hiệu cột HFB

Bảng 1 Đồ th ị 1. Mômen uố n cho phép tiế t diện HFB




3

phải thiết k ế liên k ết hạn chế chuyển vị ngang của cánh tức là giảm chiều dài tính toánLe để tăng mômen uốn cho phép cho cấu kiện.

2.1.2. Tính toán khả nă ng chịu nén

- Từ ứng suất nén cho phép (Fa), ta tính đượ c lực nén cho phép: Pa = Fa. A (9)+ Theo tr ục x-x: Pax = Fax .A

+ Theo tr ục y-y: Pay = Fay .A

A: Diện tích tiết diện thô của tiết diện.

Fa : Ứ ng suất nén cho phép tính theo (10)

Fax;Fay: Ứ ng suất nén cho phép theo tr ục x-x; y-y trong cột tươ ng ứng vớ i ứngsuất tớ i uốn dọc Euler Fcr =Fox (theo Lex) hoặc Fcr = Foy (theo Ley)

Sử dụng chươ ng trình HFB-DS2008, tác giả tính đượ c lực nén cho phép như Bảng 2,3và Đồ thị 2,3.

Bảng 4. H ệ số chiề u dài tính toán cột HFB

Bản 2 – Đồ th 2. Lự c nén cho hé theo x-x Bảng 3 – Đồ th ị 3. Lự c nén cho phép theo y-y




4

2.2. Thi ế t l ậ p quy trình tính toán cột ti ế t di ệ n HFB theo AS-1538 (Úc)

2.2.1. Quy trình tính toán cột HFB chịu nén trung tâm

Khi trong cột chỉ có lực nén trung tâm, chọn số hiệu tiết diện thoả các điều kiện

về bền, ổn định.a) Bướ c 1: Xác định chiều dài tính toán

Lex = k ex .L (11) Ley = k ey .L (12)

L: Chiều dài hình học của cấu kiện chịu nén.

k ex;k ey Hệ số chiều dài tính toán tra bảng 4

b) Bướ c 2: Xác định nội lự c

Tính toán lực nén tính toán Pw do tải tr ọng

c) Bướ c 3: Chọn số hiệu tiết diện

Dựa vào khả năng chịu nén của cột HFB tra bảng 2 và 3, chọn tiết diện có lựcnén Pmin Pw.

d) Bướ c 4: Kiểm tra bền

- Tính nội lực tính toán trong cột P (k ể đến tr ọng lượ ng cột wo tra bảng tiết diệnHFB định hình): P = Pw + wo.L

- Kiểm tra bền: P Pmin = min (Pax;Pay) (13)

e) Bướ c 5: Kiểm tra ổn định tổng thể

- Dầm HFB đối xứng kép nên mất ổn định chủ yếu do uốn dọc:

P Pcr = min (Pox;Poy) (14)

Pox; Poy: Lực nén tớ i hạn Euler:

Pox = (15); Poy = (16)

Ix,Iy: Mômen quán tính tiết diện thô theo tr ục x-x và tr ục y-y tra bảng tiết diệnHFB định hình

E : Môđun đàn hồi của thép. E = 200.103 Mpa.

2.2.2. Quy trình tính toán cột HFB chịu nén-uố n (khung nhà công nghiệ p nhẹ )

Khi cột khung có mômen và lực nén, chọn số hiệu tiết diện thoả các điều kiện về bền và ổn định:

a) Bướ c 1: Xác định chiều dài tính toán Lex; Ley tính theo (11) và (12)

Lex = k ex .L Ley = k ey .L

L: Chiều dài hình học của cấu kiện chịu nén-uốn.

k ex;k ey Hệ số chiều dài tính toán của cấu kiện chịu nén-uốn tra bảng

b) Bướ c 2: Xác định nội lự c




5

Tính toán lực nén P; mômen mx; my do tải tr ọng gây ra

c) Bướ c 3: Chọn số hiệu tiết diện

Dựa vào khả năng chịu nén của cột HFB tra Bảng 1 chọn tiết diện có lực nén

thiết k ế Pa P.d) Bướ c 4: Kiểm tra bền

Điề u kiện bề n chịu l ự c nén:

- Tính nội lực tính toán trong cột P (k ể đến tr ọng lượ ng cột wo tra bảng tiết diệnHFB định hình) P = Pw + wo.L

- Kiểm tra bền: P Pmin = min (Pax;Pay)

Điề u kiện bề n chịu mômen:

- Tính lại mômen trong cột mx; my (k ể đến tr ọng lượ ng cột wo tra bảng tiết diện

HFB định hình) w = ws + wo.L- Tra Bảng 1 Mx( ứng vớ i Lex) và My (ứng vớ i Ley) theo số hiệu vừa chọn.

- Kiểm tra bền: mx Mx ; my My

e) Bướ c 5: Kiểm tra tác dụng đồng thờ i của lự c dọc và mômen uốn

Áp dụng 3.7.1-AS-1538: Quy định kiểm tra ứng suất đồng thờ i chịu nén-uốn như sau:

+ Khi : (17)

+ Khi > 0,15: (18)

f a: Ứ ng suất nén do tải tr ọng gây ra.

f bx, f by: Ứ ng suất nén do tải tr ọng gây ra theo tr ục x-x hay y-y

Fa: Ứ ng suất nén cho phép của tiết diện tính theo (10)

F bx, F by:Ứ ng suất cho phép trong bản cánh. F bx = F by = 0,6.Fy

Viết lại dướ i dạng công thức chứa các giá tr ị nội lực P, mx và my, ta đượ c:

- Khi < 0,15: (19)

- Khi >0,15: (20)

P : Lực nén trung tâm tính toán do tải tr ọng gây ra.




6

Pa: Lực nén trung tâm cho phép tính theo (9)

mx; my:Mômen uốntheo tr ục x-x và tr ục y-y do

tải tr ọng gây ra.Mx; My: Mômen cho

phép theo tr ục x-x; y-y tínhtheo (2.4),(2.5) hoặc traBảng 1

Cmx, Cmy: Các hệ số mômen tính theo 1.4.1.4-AS1538. Sử dụng HFB-DS2008 tính đượ c ở Bảng 5

Pox; Poy: Lực nén tớ ihạn Ơle tính theo các côngthức (15)(16):

f) Bướ c 6: Kiểm traỔn định tổng thể

- Cột HFB đối xứngkép nên mất ổn định chủ yếudo uốn dọc kiểm tra theo(11)

P Pcr = min (Pox;Poy)Pox; Poy: Lực nén tớ i hạn tính theo các công thức Euler (15);(16)

2.3. Xây d ự ng chươ ng trình tính toán cột HFB theo AS-1538

- Chươ ng trình HFB-DS2008 đượ c xây dựng trên ngôn ngữ VISUAL BASIC6.0 là ngôn ngữ lậ p trình hiện đang đượ c ứng dụng khá phổ biến vì có những ưu việt vàthuận tiện cho ngườ i sử dụng, giao diện chươ ng trình gọn, đẹ p, cho phép nhậ p và xuấtsố liệu các bài toán theo mục tiêu tính toán.

- Chươ ng trình gồm 04 menu chính:

+ Các bảng tra tiết diện HFB định hình+ Tính toán chọn tiết diện cột HFB

+ Kiểm tra bền tiết diện cột HFB

+ Kiểm tra ổn định tổng thể cột HFB

- Phần nhậ p số liệu đầu vào đượ c thực hiện ngay trong các menu tính toán tr ựctiế p trên các cửa sổ giao diện của mỗi bài toán. Các số liệu đầu vào có thể thay đổi tr ựctiế p thông qua các giao diện của các Menu Display. Nếu k ết quả không đạt yêu cầu cho

phép tr ở về các form nhậ p lại dữ liệu để tính lại các bài toán. Nếu k ết quả đạt yêu cầu sẽ cho phép xuất dữ liệu dướ i dạng file text.

Bảng 5. H ệ số mômen uố n Cm




7

- Phần xuất k ết quả hiển thị ngay trên cửa sổ giaodiện của mỗi bài toán đồngthờ i lưu dướ i dạng các filetext (*.txt). Chươ ng trình hỗ tr ợ đồ hoạ minh hoạ k ết quả tính toán. Xem sơ đồ khốiHình 2

3. K ết luận

Thiết lậ p đượ c cáccông thức tính toán nội lựccho phép trong các cấu kiệnchịu uốn và nén trung tâm tiếtdiện HFB

Xây dựng đượ c các bảng tra nội lực và tải tr ọngcho phép khi chịu mômenuốn và chịu nén tr ọng đối vớ i09 số hiệu HFB định hìnhtheo công nghệ của Úc.

Thiết lậ p đượ c quytrình tính toán cột HFB chịunén trung tâm; chịu nén -uốntheo AS -1538 .

Xây dựng đượ cchươ ng trình tính toán cấukiện HFB-DS2008 làm côngcụ tính toán ứng dụng côngnghệ k ết cấu thép thànhmỏng, tiết diện chữ I, cánhr ỗng vào thực tế xây dựng Việt Nam.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Huỳnh Minh Sơ n - Nghiên cứu sự làm việc và ứng dụng dầm thép cánh r ỗng HFB - Luận vă n Thạc s ỹ - ĐH Xây dựng - 2003.

[2] Huỳnh Minh Sơ n, Phạm Văn Hội - Nghiên cứu áp dụng dầm thép cánh r ỗng HFBtheo công nghệ Úc - K ỷ yế u H ội thảo khoa học Quố c gia "K ế t cấ u thép trong Xây

d ự ng" - Hà Nội 12/2004.

[3] Huỳnh Minh Sơ n - Tính toán khả năng chịu lực của cột thép cánh r ỗng HFB theo

Hình 2. S ơ đồ khố i chọn tiế t diện cột HFB




8

tiêu chuẩn thiết k ế của Úc - T ạ p chí khoa học công nghệ Đại học Đà N ẵ ng số 2/6-2004.

[4] Đoàn Định Kiến - Thiế t k ế k ế t cấ u thép thành mỏng t ạo hình nguội - NXB Xây

dựng – 2005.[5] Australian Standard - Cold-formed Steel Structure, Australia –1988

[6] Dempsey, R.I - Hollow Flange Beam Member Design Manual - Palmer TubeTechnologies - 1993.

[7] Key P.W and Hancock, G.J – A Theoretical Investigation of the Column Behaviour of Cold-formed Square Hollow Sections – Thin-walled Structructure – 1993.

[8] Ings, N.L and Trahair, N.S – Beam and Column Buckling under Directed Loading - Journal of Structural Engineering – 1987.

[9] Hancock, Gregory - Desigh of cold-formed Steel structures to Australian/New

Zealand Standard (AS/NZS:4600) – Australian Institute of Steel Construction1998.

05.1.Kth.son Huynhminh

Documents

Transcript of 05.1.Kth.son Huynhminh