Giáo trình Kết cấu công trình thép - Chương 4: Cột thép chịu nén đúng tâm

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu công trình thép - Chương 4: Cột thép chịu nén đúng tâm

1. CHÖÔNG IV COÄT THEÙP CHÒU NEÙN ÑUÙNG TAÂM § 1. KHAÙI NIEÄM CHUNG _ Coät duøng ñeå truyeàn taûi troïng töø keát caáu beân treân xuoáng keát caáu beân döôùi, hoaëc truyeàn xuoáng moùng. _ Coät ñôõ nhaø daân duïng, coät cuûa khung ngang trong nhaø coâng nghieäp, coät ñôû saøn coâng taùc, ñôû ñöôøng oáng v.v _ Tuøy theo noäi löïc : coät chòu neùn ñuùng taâm (N) vaø coät chòu neùn leäch taâm (M, N). _ Ba boä phaän : thaân coät, muõ coät vaø chaân coät (xem H. 4-1). Thaân coät quan troïng nhaát: tieáp nhaän taûi troïng ôû ñaàu coät vaø truyeàn xuoáng chaân coät. Ñaàu coät tieáp nhaän taûi troïng keát caáu beân treân. Chaân coät truyeàn taûi troïng töø thaân coät xuoáng moùng, ñoàng thôøi neo coät vaø moùng. _ Theo hình daïng : tieát dieän ñeàu vaø tieát dieän thay ñoåi doïc chieàu cao coät. (xem H. 4-1a) _ Theo keát caáu : coät ñaëc vaø coät roãng. (xem H. 4-1b) _ Theo lieân keát : coät lieân keát haøn vaø coät lieân keát ñinh taùn. Trong chöông naøy chæ giôùi thieäu loaïi coät chòu neùn ñuùng taâm, tieát dieän ñeàu, haøn. § 2. COÄT ÑAËC 2.1. Tính toaùn vaø caáu taïo Goàm xaùc ñònh : sô ñoà tính toaùn, choïn hình daùng tieát dieän, choïn vaø kieåm tra tieát dieän. 2.2.1. Sô ñoà tính toaùn vaø chieàu daøi tính toaùn _ Tuøy thuoäc vaøo lieân keát hai ñaàu coät : • vôùi moùng : khôùp hoaëc ngaøm. • vôùi daàm : khôùp khi töïa töï do ñaàu coät, khi lieân keát vaøo maù coät (ñaàu coät khoâng theå xoay vaø chuyeån vò töï do) xem ñaàu coät lieân keát ngaøm vôùi daàm (xem H. 4-2). _ Chieàu daøi tính toaùn Lo : theo coâng thöùc toång quaùt (cho coät coù tieát dieän khoâng ñoåi) : Lo = µ L (IV-1) L – chieàu daøi hình hoïc cuûa coät µ – heä soá chieàu daøi tính toaùn (theo baûng beân döôùi) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 1
2. Baûng (B. 4-1) : Giaù trò heä soá qui ñoåi chieàu daøi µ Lieân keát 2 ñaàu Khôùp Ngaøm Ngaøm tröôït Töï do Khôùp 1 0.7 2 (maát caân baèng) Ngaøm 0.7 0.5 1 2 Ngaøm tröôït 2 1 (maát caân baèng) (maát caân baèng) Töï do (maát caân baèng) 2 (maát caân baèng) (khoâng ñuû lieân keát) Chuù yù: Khi tieát dieän cuûa coät thay ñoåi vaø lieân keát hai ñaàu coät khoâng thaät roõ raøng ngaøm hay khôùp thì khoâng theå duøng coâng thöùc (IV–1) ñeå xaùc ñònh chieàu daøi tính toaùn cuûa coät, luùc ñoù seõ coù phöông phaùp xaùc ñònh rieâng theo caùc taøi lieäu chuyeân ngaønh veà KCT. Ñoä maûnh theo hai phöông (λx, λy) cuûa coät xaùc ñònh : λx = Lox / ix vaø λy = Loy / iy Khaû naêng chòu neùn ñuùng taâm cuûa coät phuï thuoäc vaøo : λmax = max (λx, λy) ≤ [λ] Lox , Loy _ chieàu daøi tính toaùn cuûa coät theo phöông x, y ix , iy _ baùn kính quaùn tính cuûa coät theo phöông x, y [λ] _ ñoä maûnh giôùi haïn cuûa coät (Baûng 25 _ TCXDVN 338:2005) 2.2.2. Choïn tieát dieän coät Tieát dieän coät ñaëc neùn ñuùng taâm ñöôïc chia laøm 02 nhoùm chính : hôû vaø kín (xem H. 4-1). • Theùp I-daàm (h ~ 2bc) : ix, iy raát khaùc nhau (ix = 0.43 h, iy = 0.24 bf). Thí duï : Lox = Loy, muoán coù λx = λy thì 0.43 h = 0.24 bf nghóa laø bf ≈ 2 h. Ñoù laø ñieàu maø theùp I-daàm khoâng bao giôø coù. Tieát dieän I-toå hôïp kinh teá hôn vì ta coù theå tuøy yù choïn kích thöôùc tieát dieän, vaø ñoä daøy caùc baûn. • Tieát dieän coät chöõ thaäp : ix ≈ iy. hai theùp goùc ñeàu caïnh khi taûi troïng lôùn hôn coù theå duøng theùp baûn gheùp laïi, khi ñoù phaûi chuù yù ñaûm ñieàu kieän oån ñònh cuïc boä cho töøng nhaùnh coät, thuaän tieän lieân keát vôùi caùc keát caáu khaùc, khoâng coù lôïi veà maët chòu löïc do phaân boá vaät lieäu treân tieát dieän khoâng hôïp lyù. • Khi chòu taûi troïng naëng : duøng ba theùp hình I, [ gheùp laïi vôùi nhau. • Khi chòu taûi troïng quaù naëng : duøng coät toå hôïp haøn. • Tieát dieän vaønh khaên (theùp oáng) : hôïp lyù nhaát, coù ix = iy = 0.35 dtb. (dtb – ñöôøng kính trung bình cuûa tieát dieän vaønh khaên). Duøng lieân keát haøn coù theå taïo ñöôïc nhieàu tieát dieän kín khaùc, nhö : 2[, 2L, khi taûi troïng lôùn hôn coù theå gia cöôøng theâm theùp baûn. Öu ñieåm cuûa caùc tieát dieän kín : oån ñònh theo hai phöông gaàn nhö nhau, hình daïng ñeïp ; khuyeát ñieåm : khoù sôn beân trong, khoù lieân keát vôùi keát caáu khaùc. 2.2. Trình töï thieát keá tieát dieän coät ƒ Xaùc ñònh Ntt, cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp f γc. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 2
3. ƒ Chieàu daøi tính toaùn Lox, Loy : Lox = µx L vaø Loy = µy L. ƒ Giaû thieát ñoä maûnh λgt cuûa coät coù H = (5 ~ 7) m nhö sau : o λgt = 100 ÷ 120, khi N nhoû, N ≤ 1 500 kN. o λgt = 70 ÷ 100 khi N = 1 500 ~ 3 000 kN. o λgt = 50 ÷ 70 khi N = 3 000 ~ 4 000 kN. o λgt = 40 ÷ 50 khi N raát lôùn, N ≥ 4 000 kN. ƒ Töø λgt, tính (hoaëc tra baûng) ñöôïc heä soá uoán doïc ϕgt, tính A = 2Af = N / (ϕy f γc) ƒ Xaùc ñònh kích thöôùc tieát dieän coät (h, b) döïa vaøo ix = αx h, ix = αy b. _ Kieåm tra beàn : σ = N / An ≤ f γc (IV-2) _ Kieåm tra oån ñònh : ñeå tieát kieäm vaät lieäu, khi thieát keá coät chòu neùn ñuùng taâm caàn ñaûm baûo oån ñònh theo hai phöông cuûa coät baèng nhau (hôïp lyù) : σ = N / ϕmin A ≤ f γc (IV-3) trong ñoù : N – löïc doïc tính toaùn ϕmin – heä soá uoán doïc nhoû nhaát xaùc ñònh töø λmax ñöôïc tra Baûng D.8 _ Phuï Luïc D _ TCXDVN 338:2005) hoaëc tính theo caùc coâng thöùc sau : (IV-4) • Khi 0 4.5 : ϕ = 332 / [(⎯λ)2 (51 -⎯λ)] vôùi : ⎯λ _ ñoä maûnh qui öôùc,⎯λ = λ √ (f/E) b. OÅn ñònh cuïc boä: Coät gheùp töø caùc theùp baûn hoaëc töø theùp hình daäp nguoäi thöôøng moûng, khi chòu löïc coù theå bò cong veânh ra ngoaøi maët phaúng cuûa noù, coät bò oån ñònh cuïc boä do öùng suaát neùn ñeàu trong coät gaây ra nhö yeâu caàu trong caùnh chòu neùn cuûa daàm. ¾ Ñieàu kieän oån ñònh cuïc boä baûn buïng : hw / tw ≤ [hw / tw] [hw / tw] _ ñoä maûnh giôùi haïn baûn buïng, xaùc ñònh theo [Baûng 33_TCXDVN 338-2005] * Khi khoâng thoûa ñieàu kieän treân, ñaët söôøn doïc giöõa baûn buïng coù (xem H. 4-3b) : bs ≥ tw , ts ≥ 0.75 tw. * Khoâng ñaët söôøn doïc vaø [hw / tw] < hw / tw ≤ 1.5 [hw / tw], khi kieåm tra oån ñònh toång theå An chæ keå hai phaàn baûn buïng saùt vôùi hai caùnh coù chieàu daøi c1 = 0.5 tw [hw / tw]. (xem H. 4-3c) * Khi hw / tw ≥ 2.2√ (f/E) : ñaët söôøn cöùng ngang caùch nhau a = (2.5 ~3) hw (xem H. 4-3a), vôùi : ts ≥ 2 bs√ (f/E) vaø bs ≥ hw/30 + 40mm khi söôøn ñoái xöùng vaø bs ≥ hw/24 + 50mm khi boá trí söôøn moät beân. ¾ Ñieàu kieän oån ñònh cuïc boä baûn caùnh : bo / tf ≤ [bo / tf] ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 3
4. bo _ chieàu roäng tính toaùn cuûa phaàn baûn caùnh nhoâ ra [bo / tf] _ ñoä maûnh giôùi haïn baûn caùnh, xaùc ñònh theo [Baûng 34_TCXDVN 338-2005] c. Choïn tieát dieän coät : Dieän tích yeâu caàu cuûa tieát dieän coät : Ayc = N / (ϕ f γc) ϕ _ giaû thieát tröôùc hoaëc xaùc ñònh theo ñoä maûnh giaû thieát λgt ≤ [λ] Tính tieáp : byc = Loy / (αyλgt) vaø hyc = Lox / (αxλgt) vôùi : ix = αx h vaø iy = αy bf Töø Ayc , bfyc , hyc ñoái vôùi coät I-toå hôïp, theo ñieàu kieän oån ñònh cuïc boä, thöôøng laáy h = (1 ~ 1.15) bf ñeå deã lieân keát, hình daùng caân ñoái, vôùi tf = (8 ~ 40)mm, tw = (6 ~ 16)mm. d. Lieân keát caùnh – buïng: hh = 6 ~ 8mm suoát chieàu daøi coät. Ví duï IV–1. Choïn tieát dieän coät ñaëc chòu neùn ñuùng taâm, coù chieàu daøi L = 6.5m, ngaøm vôùi moùng 2 4 2 vaø lieân keát khôùp ôû ñaàu. Vaät lieäu baèng theùp CT38s (f γc = 22.5 kN/cm , E = 2.1x10 kN/cm ), que haøn E42. Taûi troïng tính toaùn khoâng ñoåi taùc duïng leân coät N = 4 100 KN (410 T). Baøi giaûi: Chieàu daøi tính toaùn cuûa coät : L0 = 0.7L = 0.7 x 6.5 = 4.55 m Giaû thieát λ = 60, tra baûng (B. I–4 phaàn phuï luïc) ñöôïc ϕ = 0.82.(hoaëc tính IV-4) 2 Dieän tích tieát dieän yeâu caàu cuûa coät: Ayc = N/(ϕ f γc) = 4 100/(0.82x1x22.5) = 222.2 cm Baùn kính quaùn tính yeâu caàu: iyc = L0 / λ = 455/60 = 7.6 cm Chieàu roäng yeâu caàu cuûa coät: bfyc = iyc / α2 = 7.6/0.24 = 32 cm Chieàu cao coät ñoái vôùi coät I-toå hôïp : h = (1 ~ 1.15) bf = bf 2 Choïn tieát dieän : A = Af + Aw = [caùnh 2–2x40cm] + [buïng 1–1.2x40cm] = 160 + 48 = 208 cm Kieåm tra sô boä tieát dieän ñaõ choïn: iy = α2 . bf = 0.24 x 40 = 9.6 cm λ = 455/9.6 = 48, tra baûng ñöôïc ϕ = 0.86 (hoaëc tính IV-4) 2 σ = N /ϕ A = 410 000 / (0.83x20.8) = 22.90 kN/cm > f γc Tieát dieän ñaõ choïn khoâng ñaûm baûo yeâu caàu veà cöôøng ñoä. Caàn taêng chieàu daøy baûn caùnh leân 2.2cm. Töø ñoä kieåm tra chính xaùc laïi tieát dieän: 2 Choïn laïi : A = Af + Aw = [caùnh 2–2.2x40cm] + [buïng 1–1.2x40cm] = 176 + 48 = 221 cm 3 4 Iy = 2 x 2.2 x 40 / 12 = 23.500 cm , iy = √(23 500/221) = 10,2 cm, λy = 455/10.2 = 45 Tra baûng ta ñöôïc ϕ = 0.887 2 σ = N/ϕ A = 410 000 / (0.887x22.4) = 20.40 kN/cm < f γc § 3. COÄT ROÃNG 3.1. Caùc loaïi tieát dieän vaø caáu taïo _ Tieát dieän coät roãng = nhaùnh coät + heä giaèng (xem H. 4-4) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 4
5. • Nhaùnh coät : 2, 3 hoaëc 4 nhaùnh baèng theùp U, I, L, oáng. • Heä giaèng : baûn giaèng (theùp baûn) (xem H. 4-4a&b) hoaëc thanh giaèng (theùp baûn, theùp goùc, theùp oáng) (xem H. 4-4c&d). Thanh giaèng : chæ coù thanh xieân vaø thanh xieân coù thanh ngang. _ Truïc (x-x) ñi qua buïng cuûa theùp hình goïi laø truïc thöïc, truïc (y-y) goïi laø truïc aûo. _ Khoaûng caùch giöõa hai nhaùnh b xaùc ñònh theo ñieàu kieän oån ñònh baèng nhau giöõa phöông (x-x) vaø (y-y) cuûa tieát dieän. _ Khoaûng caùch thoâng thoaùng giöõa hai nhaùnh vaøo khoaûng 100~150 mm ñeå ñaûm baûo coù theå sôn maët beân trong cuûa coät. Trong coät lieân keát ñinh taùn khe naøy coøn duøng ñeå tieán haønh lieân keát hai nhaùnh vôùi caùc thanh giaèng. _ Coät 2 nhaùnh khi chòu taûi troïng lôùn seõ duøng hai nhaùnh baèng theùp I. Khi coät chòu löïc nhoû, nhöng cao, caàn ñoä cöùng lôùn, thì duøng coät coù 4 nhaùnh laø theùp goùc. Coät duøng 3 theùp oáng ñaït ñoä cöùng caàn thieát vaø giaûm ñöôïc kim loaïi (xem H. 4-4e&f). _ Khi vaän chuyeån vaø döïng laép ñeå choáng xoaén vaø bieán hình, theo chieàu doïc cuûa coät caàn ñaët moät söôøn ngaên caùch khoaûng töø 3 ~4m. 3.2. AÛnh höôûng cuûa löïc caét ñeán oån ñònh cuûa coät roãng Chuùng ta khaûo saùt tieát dieän m - m cuûa moät thanh thaúng ñaøn hoài chòu neùn ñuùng taâm tröôùc vaø sau khi maát oån ñònh (xem H. 4-5). (i) Tröôùc khi maát oån ñònh : thanh coù bieán daïng doïc truïc z do löïc neùn Nz gaây ra, tieát dieän m-m chæ chuyeån vò doïc truïc z, theá naêng bieán daïng ñaøn hoài tích luõy theo daïng bieán daïng naøy. (ii) Sau khi maát oån ñònh : tieát dieän m - m coù theå coù caùc traïng thaùi nhö sau : 1) Chuyeån vò doïc truïc z, töông öùng bieán daïng neùn doïc truïc z do Nz gaây ra. 2) Chuyeån vò doïc theo truïc x hoaëc/vaø theo truïc y, töông öùng bieán daïng tröôït do Qx hoaëc/vaø Qy gaây ra. 3) Chuyeån vò xung quanh truïc x hoaëc/vaø truïc y, töông öùng bieán daïng do moâmen uoán My hoaëc/vaø Mx gaây ra. 4) Chuyeån vò xoay xung quanh truïc z, töông öùng bieán daïng do moâmen xoaén Mz gaây ra. 5) Tieát dieän bò veânh, töông öùng bieán daïng do bi-moâmen gaây ra. Theá naêng bieán daïng ñaøn hoài seõ phaân boá theo caùc daïng bieán daïng neân treân tuøy theo ñaëc ñieåm coät. Tröôøng hôïp coät ñaëc, theá naêng bieán daïng ñaøn hoài chuû yeáu taäp trung vaøo bieán daïng thöù 3 neâu treân, daãn tôùi caùc coâng thöùc tính oån ñònh thanh thaúng theo Euler. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 5
6. Tröôøng hôïp coät roãng, theá naêng bieán daïng ñaøn hoài taäp trung vaøo daïng bieán daïng thöù 2 vaø 3, cho neân trong tröôøng hôïp naøy, chuùng ta khoâng theå boû quanh cuûa löïc caét khi xem xeùt oån ñònh coät roãng. Döôùi ñaây, chuùng ta seõ xem xeùt cuï theå baøi toaùn naøy. Tröôøng hôïp coät coù thaønh moûng, maët caét hôû, caùc hieän töôïng xoaén vaø vuøng tieát dieän coù aûnh höôûng lôùn, khoâng theå boû qua. Ñieàu ñoù daãn tôùi lyù thuyeát tính oån ñònh thanh thaønh moûng maët caét hôû cuûa Vla-xoáp. iii) Phöông trình cô baûn 1) OÅn ñònh thanh neùn coù xeùt aûnh höôûng löïc caét: Goùc tröôït γ cuûa phaân toá chieàu daøi dx do löïc caét V = dM/dx gaây ra (xem H. 4-6): γ = dy2/dx = η V / GA = (η / GA) dM/dx η _ heä soá phuï thuoäc vaøo hình daïng tieát dieän G _ moâñun ñaøn hoài cuûa theùp khi tröôït PT vi phaân cuûa ñöôøng bieán daïng truïc thanh neùn coù xeùt aûnh höôûng cuûa momen M vaø löïc caét V : 2 2 2 2 2 2 2 2 d y/dx = d y1/dx + d y2/dx = - M/E I + (η/GA) d M/dx 2 2 Do M = Ny, goùc tröôït ñôn vò γ1 = γ / V do V = 1 gaây ra vaø thay d y/dx = y’’, coù theå vieát laïi: y’’ - γ1 N y + N y / E I = 0 hay y’’+ N y / [E I (1 - γ1 N)] = 0 2 2 Ñaët θ = N / [EI (1 - γ1 N)], thì : y’’+ θ y = 0 Nghieäm phöông trình vi phaân coù daïng : y = Acos(θx) + Bsin(θx) Ñieàu kieän bieân : khi x = 0 thì y = 0, xaùc ñònh ñöôïc : A = 0, luùc ñoù : y = Bsin(θx) khi x = L thì y = 0, xaùc ñònh ñöôïc : hoaëc B = 0 (thanh thaúng tröôùc khi maát oån ñònh) hoaëc sin(θ L) = 0 ⇒ θ L = k π (rad) vôùi k = 1, 2, 3, , thay vaøo θ2 : 2 2 2 2 2 2 2 2 2 θ = N /[E Ix (1 - γ1 N)] = k π , thì : N = k π E Ix / [Lx (1 + γ1 k π E Ix /Lx ] Löïc neùn nhoû nhaát töông böùng vôùi k = 1 (löïc tôùi haïn nhoû nhaát) : 2 2 2 2 π EI x 1 π EA 1 π EA π EA Nth = 2 . 2 = 2 . 2 = NEuler . β = 2 = 2 Lx π EI x λx π EA (µV λx ) (λo ) 1+ γ1 2 1+ γ1 2 Lx λx trong ñoù : π 2EA NEuler = 2 : löïc neùn tôùi haïn Euler ñoái vôùi coät chòu neùn ñuùng taâm thuaàn tuùy λx ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 6
7. 1 β = : heä soá xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa löïc caét vaø β < 1, do ñoù neáu keå ñeán aûnh π 2EA 1+ γ1 2 λx höôûng cuûa löïc caét, löïc tôùi haïn nhoû hôn löïc neùn tôùi haïn NEuler. π 2EA µV = 1+ γ1 2 (IV-4) : heä soá tính ñoåi chieàu daøi (phuï thuoäc γ1 hay V), xeùt ñeán aûnh λx höôûng bieán daïng cuûa heä buïng roãng do löïc caét ñeán Nth vaø ñoä maûnh cuûa coät roãng. λo = µV λx (IV-5) : ñoä maûnh töông ñöông, laø ñoä maûnh thöïc coät roãng khi bò uoán doïc theo truïc aûo (y-y). Coät NÑT neân khoâng coù momen trong coät vaø do ñoù seõ khoâng coù löïc caét. Thöïc teá raát khoù coù ñöôïc moät coät NÑT thuaàn tuùy vì sai soá ngaãu nhieân khi ñaët löïc cuõng nhö khi caáu taïo tieát dieän coät. Ñeán TTGH, coät bò uoán doïc vaø truïc coät seõ bò cong theo ñöôøng sin, luùc ñoù löïc caét taùc duïng. Qui phaïm qui ñònh nhö sau : B¶n gi»ng, thanh gi»ng cña cÊu kiÖn tæ hîp ®−îc tÝnh theo lùc c¾t qui −íc Vf kh«ng ®æi theo chiÒu dµi thanh. Vf ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: - 6 Vf = 7,15. 10 ( 2330 – E / f ) N / ϕ (5.33) trong ®ã: N _ lùc nÐn tÝnh to¸n trong thanh tæ hîp; ϕ _ hÖ sè uèn däc cña thanh tæ hîp x¸c ®Þnh theo λo. Lùc c¾t qui −íc Vf ®−îc ph©n phèi nh− sau: _ §èi víi tiÕt diÖn lo¹i 1 vµ 2 (B¶ng 14), mçi mÆt ph¼ng chøa b¶n (thanh) gi»ng vu«ng gãc víi rôc tÝnh to¸n chÞu mét lùc lµ 0,5 Vf ; _ §èi víi tiÕt diÖn lo¹i 3 (B¶ng 14) mçi mÆt ph¼ng b¶n (thanh) gi»ng chÞu mét lùc b»ng 0,8 Vf . Löïc caét qui öôùc Vf seõ ñöôïc phaân chia nhö sau: • Khi coù caùc baûn giaèng (thanh giaèng) thì Vf ñöôïc phaân chia ñeáu cho caùc baûn giaèng (thanh giaèng) thuoäc caùc maët phaúng thaúng goùc vôùi truïc tieán haønh kieåm tra oån ñònh. • Khi ngoaøi caùc baûn giaèng (thanh giaèng), coøn coù caùc taám ñaëc naèm song song vôùi baûn giaèng, thì Vf seõ chia ñoâi, moät nöûa cho taám ñaëc, coøn moät nöûa cho caùc baûn giaèng (thanh giaèng). • Khi tính toaùn caùc thanh 3 maët ñeàu nhau, löïc caét qui öôùc Vf taùc duïng treân heä thoâng caùc caáu kieän lieân keát thuoäc moät maët phaúng ñöôïc laáy baèng 0.8Vf. 2) Ñoä maûnh töông ñöông cuûa CR coù thanh giaèng Khi bò uoán doïc, coät roãng hai nhaùnh laøm vieäc nhö daøn phaúng (nuùt laø khôùp). Bieán daïng coät (xem H. 4-7) do löïc caét: γ1 ≈ tg(γ1) = ∆b/l = ∆a /(l sinα) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 7
8. b _ khoaûng caùch giöõa caùc truïc cuûa nhaùnh coät l _ khoaûng caùch giöõa caùc truïc cuûa thanh giaèng a _ chieàu daøi cuûa thanh giaèng xieân, a = l/cosα α _ goùc hôïp bôûi truïc nhaùnh coät vaø truïc thanh giaèng (xieân) Löïc doïc trong thanh buïng xieân do V = 1 gaây ra cho 2 maët roãng : Nd = V / sinα = 1/sinα Bieán daïng thanh buïng xieân : ∆a = Nd a / (E Ad) = a / (E Ad sinα) = l / (E Ad cosα sinα), thay vaøo γ1 : 2 γ1 = [l / (E Ad cosα sinα)] / (l sinα) = 1 / (E Ad cosα sin α) 2 2 2 2 2 2 Thay vaøo : µV = √ [1 + [1 / (E Ad cosα sin α)] π E Ix / Lx ] = √ [1 + π Ix / (Lx Ad cosα sin α)] 2 2 2 Vì : Ix = 2Af i x = A i x = A (Lx / λx) , thay vaøo : 2 2 2 2 µV = √ [1 + π / (cosα sin α) . A / (Ad λ x)] = √ [1 + α1 A / (Ad λ x)] (IV-5) 2 Ñoä maûnh töông ñöông : λo = µV λx = √ [λ x + α1 A / Ad] (IV-6) 2 2 trong ñoù : α1 = π / (cosα sin α) hoaëc laäp baûng nhö sau : Baûng (B. IV–2). Heä so áα1 ñeå tính λo α (ñoä) 30 35 40 45 50~60 α1 45 37 31 28 26 3) Ñoä maûnh töông ñöông cuûa coät roãng coù baûn giaèng Khi coät coù baûn giaèng ñeán traïng thaùi giôùi haïn seõ bieán daïng nhö hình (xem H. 4-9). Baûn giaèng luoân thaúng goùc vôùi nhaùnh coät. Khi khoaûng caùch giöõa caùc baûn giaèng gioáng nhau vaø khi ñoä cöùng cuûa chuùng baèng nhau thì ñieåm uoán laø nôi hình thaønh khôùp coù theå xem nhö naèm giöõa baûn giaèng vaø treân nhaùnh thì naèm giöõa khoaûng caùch cuûa hai baûn giaèng. Boû qua bieán hình cuûa baûn giaèng. Ñoä cöùng cuûa baûn giaèng thöôøng lôùn hôn nhieàu so vôùi nhaùnh coät vaø neáu ib ≥ 5 if (ib = Ib / b – ñoä cöùng ñôn vò cuûa baûn giaèng, vaø if = If / l – ñoä cöùng ñôn vò cuûa nhaùnh coät), goùc tröôït γ1 seõ xaùc ñònh baèng caùch nhaân bieåu ñoà [M] nhö sau (xem H. 4-8): 3 2 3 δ = [M1].[M1] = L f / (24 E If) + b L f / (12 E Ib) ≈ l f / (24 E If) δ – bieán hình taïi ñieåm khoâng cuûa nhaùnh coät khi löïc ngang taùc duïng vaøo nhaùnh laø ½. 2 2 2 2 Thay vaøo γ1 ≈ tg(γ1) = δ/Lf = L f / (24 E If), thay vaøo: µQ = √ [1 + L f / (24 E If).π E Ix /Lx ] 2 2 Vì : Ix = 2Af i x = 2 Af (Lx / λx) , thay vaøo : 2 2 2 µQ = √ [1 + (π /12) (λf / λx) ] ≈ √ [1 + (λf / λx) ] (IV-7) 2 2 Ñoä maûnh töông ñöông : λo = µQ λx = √ [λ x + λ f] (IV-8) Ñoä maûnh töông ñöông λo töông öùng vôùi caùc loaïi tieát dieän cho baûn giaèng hay thanh giaèng xem “Baûng 14 (TCXDVN 336 : 2005). Coâng thöùc tính ñoä maûnh töông ñöông cuûa caáu kieän roãng”. 3.3. Tính toaùn heä giaèng ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 8
9. Heä giaèng CR chòu löïc caét qui öôùc Vf taùc duïng treân moät maët roãng cuûa coät Vmr = nmr Vf, vôùi nmr = 0.5 ñ/v CR hai vaø boán nhaùnh, nmr = 0.8 ñ/v CR ba maët roãng nhö nhau. a) Tính thanh giaèng : Thanh giaèng laøm vieäc döôùi hai taùc duïng Baûng (B. IV–2).: do löïc neùn doïc Ntt vaø do löïc caét ngang Vf. Löïc neùn doïc N laøm cho nhaùnh coät bò bieán daïng ngaén laïi moät ñoaïn ∆l = σl/E vaø sinh ra trong thanh giaèng xieân öùng suaát σ’ vaø thanh giaèng coù chieàu daøi laø a = l / cosα seõ bò bieán daïng co laïi moät ñoaïn ∆a (xem H. 4-10): 2 ∆a = σ’a / E = ∆l cosα = (σ l / E) . cosα ⇒ σ’ = σ l cosα / a = σ cos α Löïc doïc Nd taùc duïng vaøo thanh giaèng xieân do Vf sinh ra: Nd = Vf /(nd sinα) vaø gaây ra öùng suaát σ’’ trong thanh giaèng do Vf sinh ra : σ’’ = Nd / Ad = Vf / [Ad (nd sinα)] σ – öùng suaát trong nhaùnh coät do löïc doïc N gaây ra, σ = N / (ϕy A) nd – soá löôïng thanh giaèng treân moät maët caét ngang cuûa coät (thöôøng laø 2 thanh) Khi tính xem thanh giaèng nhö moät thanh chòu neùn ñuùng taâm lieân keát khôùp vôùi nhaùnh coät, coù chieàu daøi tính toaùn laø d. Thanh giaèng laøm baèng moät theùp goùc neân khi tính heä soá uoán doïc ϕ phaûi tính vôùi baùn kính quaùn tính nhoû nhaát cuûa tieát dieän moät theùp goùc ñaõ choïn laøm thanh giaèng. Ñieàu kieän laøm vieäc an toaøn cuûa thanh giaèng laø : σ’ + σ” ≤ ϕ f γc (IV-31) γc – heä soá ñieàu kieän laøm vieäc, do thanh giaèng laø moät theùp goùc ñöôïc lieân keát vaøo maù nhaùnh coät (keå ñeán söï leäch taâm), theo QP-TCXDVN thì γc = 0,75. Thoâng thöôøng, giaû thieát tröôùc Ad (min. L40x4mm) vaø kieåm tra laïi thay vì tính toaùn. Thanh ngang trong coät thanh giaèng coù taùc duïng giaûm chieàu daøi tính toaùn cuûa nhaùnh coät. Ñeå ñôn giaûn, tieát dieän cuûa thanh ngang choïn nhö tieát dieän thanh giaèng. b) Tính baûn giaèng: Tính baûn giaèng (xem H. 4-11) goàm : tính tieát dieän Ab vaø lieân keát (haøn/ñinh taùn/BL) vaøo nhaùnh coät. Trong CR lieân keát haøn chieàu daøi tính toaùn lf cuûa nhaùnh laø khoaûng caùch thoâng thoaùng giöõa hai baûn giaèng. Trong CR lieân keát bu-loâng / ñinh taùn, chieàu daøi tính toaùn lf cuûa nhaùnh laø khoaûng caùch giöõa hai buloâng / ñinh taùn ngoaøi cuøng lieân keát baûn giaèng vaøo nhaùnh coät (xem hình). Töø ñoä maûnh λf ñaõ choïn vaø baùn kính quaùn tính cuûa nhaùnh if coù theå xaùc ñònh ñöôïc khoaûng caùch giöõa caùc baûn giaèng : lf = λf if. Baûn giaèng laøm vieäc chòu uoán do löïc caét Vb sinh ra, xaùc ñònh theo ñieàu kieän caân baèng nuùt giöõa nhaùnh coät vaø baûn giaèng : ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 9
10. Vb (b/2) = 2 (Vf / 2) (l/2) ⇒ Vb = Vf (l/b) ⇒ Mb = Vb (b/2) = Vmr (l/2) • Baûn giaèng : choïn tröôùc chieàu roäng bb = (0,50 ~ 0,75)b, chieàu daøy tb = (6~10)mm ≈ (1/10~1/25)bb, chieàu daøi lb ≈ b (caùch meùp nhaùnh coät 20 ~ 30mm nhaèm ñuû choã lieân keát ñöôøng haøn hoaëc ñaët ñinh taùn / buloâng. • Kieåm tra baûn giaèng : 2 2 2 σtñ = √ [(σM) + 3(τV) ] ≤ f γc, vôùi σM = 6Mb / (bb tb) vaø τV = Vb / (bb tb). • Kieåm tra ñöôøng haøn baûn giaèng vaøo nhaùnh coät : Μ 2 V 2 M 2 V τtñ,f = √ [(τ f) + (τ f) ] ≤ fwf γc, vôùi τ f = 6Mb / (βfhf lw ) vaø τ f = Vb / (βfhf lw) Μ 2 V 2 M 2 V τtñ,s = √ [(τ s) + (τ s) ] ≤ fws γc, vôùi τ s = 6Mb / (βshf lw ) vaø τ s = Vb / (βshf lw) 3.4. Tính toaùn coät roãng Böôùc 1 : ƒ Xaùc ñònh Ntt, cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp f γc, Vf theo qui phaïm TCVN hoaëc coù theå theo baûng sau : Baûng (B. IV–3). Trò soá löïc caét ngang qui öùôc Vf khi thanh uoán doïc 2 (Vf tính baèng daN vaø dieän tích tieát dieän thanh An tính baèng cm .) C40/33 Soá hieäu theùp C38/23 C44/28 C00/45 C60/70 C85/75 C52/40 Vf 20 An 30 An 40 An 50 An 60 An 70 An ƒ Chieàu daøi tính toaùn Lox, Loy. Döï kieán hình daïng tieát dieän : 2, 3, hay 4 maët roãng ; heä giaèng : baûn hay thanh giaèng. Böôùc 2 : (chæ ñoái vôùi coät roãng hai nhaùnh, nghóa laø tính theo truïc thöïc nhö tính coät ñaëc) ƒ Truïc thaät laø truïc ñi qua buïng cuûa nhaùnh coät (nhö coät ñaëc), giaû thieát ñoä maûnh λy cuûa coät nhö sau : o λy = 90 ÷ 60, coät coù H = 5 ~ 7 m, N ≈ 150 T. o λy = 60 ÷ 40, coät coù H = 5 ~ 7 m , N ≈ 250 T. ƒ Töø λy, tính (hoaëc tra baûng) ñöôïc heä soá uoán doïc ϕy, tính A = 2Af = N / (ϕy f γc) ƒ Kieåm tra laïi tieát dieän theo phöông truïc thöïc y-y : σ = N / (ϕy A) ≤ f γc Tröôøng hôïp nhaùnh coät laøm baèng theùp toå hôïp caàn tuaân theo nhöõng ñieàu kieän oån ñònh cuïc boä nhö ñoái vôùi coät ñaëc. Böôùc 3 : (tính theo truïc aûo) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 10
11. Tính CR theo truïc aûo thöïc chaát laø xaùc ñònh chieàu roäng b cuûa CR (khoaûng caùch 2 nhaùnh) sao cho coät ñaûm baûo oån ñònh theo phöông (y– y) : λo ≤ λy. 2 ƒ Ñoái vôùi CR coù thanh giaèng : λo = √ [λ x + α1 (A/Ad1)] ≡ λy (a) 2 2 ƒ Ñoái vôùi CR coù baûn giaèng, vôùi (Ib/b) / (Jf/l) ≥ 5: λo = √ [λx +λ1 ] ≡ λy (b) 2 Töø ñoù seõ xaùc ñònh ñöôïc λx töø (a) hoaëc (b). Töø ñoù, roài tìm ix = Lox / λx vaø Ix = A ix = 2 [If + 2 2 2 (b/2) Af], vaø byc = 2√ [ix - i1 ]. Böôùc 4 : tính thanh giaèng, baûn giaèng Boá trí vaø kieåm tra heä giaèng : thanh giaèng hoaëc baûn giaèng. Cuoái cuøng, xaùc ñònh laïi λo , kieåm tra laïi ñieàu kieän : λo ≤ λy. Ví duï IV–3. Choïn tieát dieän coät roãng chòu neùn ñuùng taâm, lieân keát haøn, tieát dieän coät laøm baèng 2 theùp chöõ [. Tính vôùi hai phöông aùn: baûn giaèng vaø thanh giaèng. Taûi troïng tính toaùn taùc duïng leân coät laø N = 150 T (1 500 kN), chieàu cao coät H = 6.8 m. Chaân coät lieân keát khôùp vôùi moùng, ñaàu coät lieân keát khôùp 2 2 4 2 vôùi daàm. Theùp laøm coät coù soá hieäu CT38s (f γc = 22.5 kN/cm , fu = 36.0 kN/cm , E = 2.1x10 kN/cm ), que haøn E42. Baøi giaûi: 1) Tính coät baûn giaèng: _ Giaû thieát λy = 60, tra baûng ϕy = 0.8133, tính dieän tích tieát dieän yeâu caàu cuûa moät nhaùnh coät : 2 Afyc = N / (2 ϕy f γc) = 1 500 / (2x0.8133x22.5) = 40.99 cm o 2 f 4 f 4 Choïn nhaùnh coät laø theùp [ soá hieäu N 30, coù Af = 40.5cm , I x = 5 810cm , I y = 327cm , zo = f f 2.52cm, i x = 12cm, i y = 2.84cm. _ Kieåm tra oån ñònh cuûa coät theo truïc thöïc (y-y) : Chieàu daøi tính toaùn cuûa coät Loy = µy H = 1 x 6.8 = 6.8 m Tính ñöôïc : λy = 680/12 = 56.7 byc _ Kieåm tra oån ñònh cuûa coät theo truïc aûo (y-y) : 3 3 Tính (Ib/b) / (If/l) = (Ibl) / (If b) = [(bb tb/12)xl] / (If b) = (20 x0.8/12x105) / (327x28.96) = 5.91 > 5, duøng coâng thöùc (5-27) trong “Baûng 14 (TCXDVN 336 : 2005)” ñeå tính λo. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 11
12. 2 2 2 4 Xaùc ñònh Ix = A ix = 2 [If + (b/2) Af] = 2 [327 + 40,5 x (28.96/2) ] = 17 637 cm ix = √ (Ix / A) = √ (17 637/2x40.5) = 14.76 cm, λx = 680/14.76 = 46.08 Ñoä maûnh cuûa nhaùnh coät: λ1 = 85/2.84 = 29.93 2 2 2 2 Ñoä maûnh töông ñöông: λo = √ [λx +λ1 ] = √ [46.08 + 29.93 ] = 54.95 byc ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 12
13. _ Kieåm tra oån ñònh cuûa coät theo truïc aûo (x-x) : 2 2 4 Xaùc ñònh Ix = 2 [If + (b/2) Af] = 2 [327 + 40,5 x (24.96/2) ] = 13 270 cm ix = √ (Ix / A) = √ (13 270/2x40.5) = 12.8 cm, λx = 680/12.8 = 53.1 2 2 Ñoä maûnh töông ñöông: λo = √ [λ x + α1 (Af / Ad1)] = √ [53.1 + 28(40.5/3.79)] = 55.9 < λy = 56.7, vaäy khoâng caàn kieåm tra oån ñònh toång theå vaø ñoä maûnh. _ Tính thanh giaèng vaø lieân keát vaøo nhaùnh coät. • Kieåm tra thanh giaèng : Vf laáy khoâng ñoåi treân toaøn chieàu daøi thanh vaø xaùc ñònh : - 6 Vf = 7.15. 10 ( 2 330 – E / f ) N / ϕ = 7.15x10-6 (2 330 - 2.1x104 / 22.5) x 1 500 / 0.826 = 18.14 kN vôùi : λo = 55.9 cho ϕ = 0,826 2 2 2 2 Tính σ’ = σ cos α = Ncos α / (ϕy A) = 1 500x0.707 / (0.8324x2x40.5) = 11.13 kN/cm 2 σ’’ = Nd / Ad = Vf / [Ad (nd sinα)] = 18.14 / (3.79x2x0.707) = 1.69 kN/cm λd = (Lf / 2cosα) / imin = 50/2x0.707 / 0.79 = 44.8 < [λ] = 150, cho ϕd = 0.8792 2 2 σ’ + σ” = 11.13 + 1.69 = 12.82 kN/cm ≤ ϕd f γc = 0.8792x22.5x0.75 = 14.83 kN/cm Thanh giaèng ñaûm baûo an toaøn. Choïn chieàu cao ñöôøng haøn ñeå lieân keát thanh giaèng vaøo nhaùnh coät hf = 4mm. Chieàu daøi ñöôøng haøn nhoû nhaát ñeå lieân keát thanh giaèng vaøo nhaùnh coät : Lw,f = kNd / [(βf hf ) fwf γc] = 0.7x(12.82x3.79) / [(0.7x0.4) x 18] = 6.75 cm Lw,s = kNd / [(βs hf ) fws γc] = 0.7x(12.82x3.79) / [(1.0x0.4) x 16.2] = 5.3 cm Choïn chieàu daøi ñöôøng haøn Lw = 6.75 + 1.0 = 7.75cm, laáy 8cm §4 CHAÂN COÄT 4.1. Phaân loaïi vaø caáu taïo _ Nhieäm vuï : tröïc tieáp truyeàn taûi troïng cuûa coät vaøo moùng. _ Ñaûm baûo sô ñoà tính toaùn cuûa coät : • Lieân keát khôùp : ñaûm baûo coät coù theå quay töï do vôùi moùng (buloâng neo khoâng caûn trôû xoay cuûa chaân coät, chòu löïc caét), thieát keá ñaàu coät ñaët tröïc tieáp leân baûn ñeá, hoaëc haøn ñaàu coät vôùi baûn ñeá, hoaëc phöùc taïp hôn duøng con laên (xem H. 4-12). • Lieân keát cöùng : chaân coät phaûi ngaøm chaët vôùi moùng (buloâng neo caûn trôû xoay cuûa chaân coät, chòu momen vaø löïc caét), thieát keá coù daàm ñeá (xem H. 4-13). 4.2. Tính chaân coät _ Tính baûn ñeá : goàm dieän tích Abñ, beà daøy tbñ (xem H. 4-14) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 13
14. N • Dieän tích baûn ñeá : Abñ = abñ . bbñ ≥ αψϕb Rb N _ löïc doïc tính toaùn taïi chaân coät α _ heä soá phuï thuoäc vaøo caáp beâtoâng, vôùi beâtoâng caáp B25 vaø lôùn hôn α = 13.5 Rbt/Rb, nhoû hôn α = 1. Rb _ cöôøng ñoä tính toaùn chòu neùn cuûa beâtoâng Rbt _ cöôøng ñoä tính toaùn chòu keùo cuûa beâtoâng ψ _ heä soá phuï thuoäc ñaëc ñieåm phaân phoái taûi troïng cuïc boä treân dieän tích bò neùn, ψ = 1 khi neùn ñeàu, ψ = 0.75 khi neùn phaân boá khoâng ñeàu. 3 ϕb = √ (Am / Abñ) ≤ 1.5 Am _ dieän tích maët moùng • Chieàu daøi vaø chieàu roäng baûn ñeá : abñ = h + 2 (tbñ + c) vaø bbñ = Abñ / abñ trong ñoù : h _ chieàu cao tieát dieän coät c _ khoaûng bieân töø daàm ñeá ñeán meùp baûn ñeá, choïn c ≤ 100mm • Chieàu daøy baûn ñeá : xem nhö baûn ñeá chòu aùp löïc trung bình σ = N /Abñ ≤ (αψϕbRb) töø döôùi leân, baûn ñeá töïa leân daàm ñeá, thaân coät vaø caùc söôøn cöùng. Caùc keát caáu naøy chia baûn ñeá ra thaønh caùc oâ baûn keâ (4 caïnh, 3 caïnh, 2 caïnh, baûn console). 2 ™ Ñoái vôùi baûn keâ 4 caïnh : M4 = α σ b 2 ™ Ñoái vôùi baûn keâ 3 caïnh : M3 = β σ a1 Trò soá α phuï thuoäc vaøo tyû soá a/b (a : caïnh daøi, b : caïnh ngaén oâ baûn), trò soá β phuï thuoäc vaøo tyû soá b1/a1 (b1 : caïnh lieân keát vuoâng goùc vôùi caïnh töï do, a1 : caïnh bieân töï do cuûa oâ baûn), vôùi α, β coù theå laáy theo baûng sau : Baûng (B. IV–4) : Heä soá α tính M4 (baûn keâ 4 caïnh) a/b 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 >2.0 α 0.048 0.055 0.063 0.064 0.075 0.084 0.086 0.091 0.094 0.098 0.100 0.125 Baûng (B. IV–5) : Heä soá β ñeå tính M3 (baûn keâ 3 caïnh) b1/a1 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 2.0 >2.0 β 0.060 0.074 0.088 0.097 0.107 0.112 0.120 0.126 0.132 0.133 ™ Ñoái vôùi baûn keâ 2 caïnh keà nhau coù theå duøng coâng thöùc baûn keâ 3 caïnh vôùi a1 vaø b1. ™ Momen ñoái vôùi baûn ngaøm console : M = σ c2/2 ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 14
15. 2 Momen choáng uoán Wbñ cuûa tieát dieän baûn roäng 1cm : Wbñ = 1 x t bñ / 6 = Mmax / (f γc) Töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc chieàu daøy baûn ñeá : tbñ ≥ √ (6 Mmax / f γc) Mmax laø momen lôùn nhaát ñaõ tính trong caùc oâ baûn. Neáu momen trong caùc oâ baûn cheânh leäch nhau quaù nhieàu thì caàn ñaët caùc söôøn cöùng ñeå chia laïi caùc oâ cho hôïp lyù. _ Tính daàm ñeá : Taûi troïng töø coät truyeàn qua daàm ñeá (xem H. 4-14) baèng n (thöôøng n = 4) ñöôøng haøn, chieàu daøi ñöôøng haøn naøy cuõng laø chieàu cao daàm ñeá hdñ vaø ñöôïc tính : hdñ ≥ (Σ Lw) / n + 1cm trong ñoù : Lw = max {N / (βf hf fwf γc), N / (βs hf fws γc)} n : soá ñöôøng haøn Ñeå tính chieàu daøy daàm ñeá, xem daàm ñeá ngaøm vaøo thaân coät taïi ñöôøng haøn lieân keát daàm ñeá vôùi thaân coät, xaùc ñònh nhö sau : 2 tdñ = 6 Mdñ / (h dñ f γc) 2 Mdñ _ momen lôùn nhaát taùc duïng leân daàm ñeá taïi tieát dieän ngaøm, Mdñ = σ adñ l dñ/2, vôùi : adñ – beà roäng dieän tích truyeàn phaûn löïc σ vaøo daàm ñeá ldñ – chieàu daøi töø muùt daàm ñeá ñeán choã ngaøm vaøo coät – Tính söôøn cöùng : Tröôøng hôïp baûn ñeá quaù lôùn, ñeå ñaûm baûo ñoä cöùng cho chaân coät, caàn ñaët caùc söôøn cöùng. Söôøn cöùng naøy hai ñaàu haøn vôùi daàm ñeá, khi tính xem nhö daàm chòu aùp löïc phaân boá ñeàu q1 = σ as vôùi as laø beà roäng dieän tích truyeàn phaûn löïc σ vaøo söôøn. Chieàu cao söôøn ñeá (hs) xaùc ñònh töø 2 ñieàu kieän chòu momen Ms = ½ qsls vaø löïc caét Vs = qsls (ls : chieàu daøi tính toaùn cuûa söôøn) cuûa caùc ñöôøng haøn lieân keát söôøn vôùi thaân coät hoaëc daàm ñeá. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 15
16. Ví duï: IV – 5 Thieát keá baûn ñeá cuûa coät roãng goàm 2[ soá hieäu No24 (H. IV-15), khoaûng caùch hai meùp coät laø b* = 27cm. 2 4 2 Theùp laøm coät coù soá hieäu CT38s (f γc = 22.5 kN/cm , E = 2.1x10 kN/cm ), que haøn E42. Beâ toâng moùng B10, 2 cöôøng ñoä tính toaùn chòu neùn Rb = 60 daN/cm . Chòu taûi troïng tính toaùn N = 1 000 kN. Baøi giaûi : 1) Tính baûn ñeá : 2 Dieän tích baûn ñeá: Abd = N/ (α ψ ϕb Rb) = 100 000 / (1x1x1.2x60) = 1 388 cm (giaû ñònh ϕb = 1.2) Chieàu roäng baûn ñeá : abñ = 24 + 2 (2+ 4) = 36 cm Chieàu daøi baûn ñeá : bbñ = 1 388 / 36 ≈ 40 cm Chieàu daøy baûn ñeá : 2 2 _ Xaùc ñònh σ = N / Abñ = 1 000 / (36 x 40) = 0.694 kN/cm ≤ α ψ ϕb Rb = 1x1x1.2x60 = 72 kN/cm 2 2 _ Momen trong baûn keâ 4 caïnh: M1 = α σ h = 0.056 x 0.694 x 24 = 22.40 kNcm, vôùi b*/h = 27/24 = 1.125 tra baûng (B. IV-4) cho α = 0.56 2 2 Momen trong baûn keâ 3 caïnh: M2 = β σ b1 = 0.060 x 0.694 x 24 = 23.98 kNcm, vôùi b1/a1= 6.5/24 = 0.27 tra baûng (B. IV-5) cho β = 0.06. 2 2 Momen trong baûn console : M3 = σ c / 2 = 0.694 x 4 /2 = 5.55 kNcm Chieàu daøy baûn ñeá tính theo coâng thöùc (IV-41) vôùi : Mmax = max {22.40, 23.98, 5.55} tbd = √ (6Mmax / f γc) = √ (6x22.4/22.5) = 2.45 cm, choïn tbd = 25 mm 2) Tính daàm ñeá : – Chieàu cao daàm ñeá tính theo (IV-42) : hdñ ≥ (Σ Lw) / n + 1cm = 99.2/4 + 1 = 26cm vôùi : Lw = max {N / (βf hf fwf γc), N / (βs hf fws γc)} = max {1 000 / (0.7x0.8x18), 1 000 / (1x0.8x16.2)} = max {99.2, 77.2}cm = 99.2cm vaø hf = 8mm. Choïn chieàu cao daàm ñeá 300mm. _ Chieàu daøy daàm ñeá tính theo (IV-44) 2 2 2 2 Mdñ = σ adñ l dñ/2 = 0.694x(36/2)x6.5 /2 = 264 kNcm, cho tdñ = 6Mdñ / (h dñ f γc) = 6x264/(30 x22.5) = 0,08 cm Choïn chieàu daøy daàm ñeá tdñ = 10 mm. – Chieàu cao ñöôøng haøn lieân keát daàm ñeá vaøo baûn ñeá : hf = max {N / (βf Lw fwf γc), N / (βs Lw fws γc)} = max {1 000/(0.7x105x18), 1 000/(1x105x16.2)} = 0.74cm Choïn chieàu cao ñöôøng haøn lieân keát daàm ñeá vaøo baûn ñeá laø 8 mm. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 16
17. PHUÏ LUÏC CHÖÔNG 4 B¶ng 25 (TCXDVN 336 : 2005) _ §é m¶nh giíi h¹n cña c¸c thanh chÞu nÐn C¸c thanh §é m¶nh giíi h¹n 1. Thanh c¸nh, thanh xiªn vµ thanh ®øng nhËn ph¶n lùc gèi: a) Cña giµn ph¼ng, hÖ m¸i l−íi thanh kh«ng gian, hÖ thanh kh«ng gian rçng (cã chiÒu cao H ≤ 50 m) b»ng thÐp èng hoÆc tæ hîp tõ hai thÐp gãc; 180 - 60α b) Cña hÖ thanh kh«ng gian rçng b»ng thÐp gãc ®¬n, hÖ thanh kh«ng gian rçng (chiÒu cao H > 50 m) nh−ng b»ng thÐp èng hay tæ hîp tõ hai thÐp gãc. 120 2. C¸c thanh (trõ nh÷ng thanh ®· nªu ë môc 1 vµ 7): a) Cña giµn ph¼ng b»ng thÐp gãc ®¬n; hÖ m¸i l−íi thanh kh«ng gian vµ hÖ thanh kh«ng gian rçng b»ng thÐp gãc ®¬n, tæ hîp tõ hai thÐp gãc hoÆc thÐp 210 - 60α èng; b) Cña hÖ m¸i l−íi thanh kh«ng gian, hÖ thanh kh«ng gian rçng b»ng thÐp gãc ®¬n, dïng liªn kÕt bul«ng. 220 - 40α 3. C¸nh trªn cña giµn kh«ng ®−îc t¨ng c−êng khi l¾p r¸p (khi ®· l¾p r¸p lÊy theo 220 môc 1) 4. Cét chÝnh 180 - 60α 5. Cét phô (cét s−ên t−êng, thanh ®øng cña cöa m¸i, v.v ), thanh gi»ng cña cét rçng, thanh cña hÖ gi»ng cét (ë d−íi dÇm cÇu trôc). 210 - 60α 6. C¸c thanh gi»ng (trõ c¸c thanh ®· nªu ë môc 5), c¸c thanh dïng ®Ó gi¶m chiÒu dµi tÝnh to¸n cña thanh nÐn vµ nh÷ng thanh kh«ng chÞu lùc mµ kh«ng nªu 200 ë môc 7 d−íi ®©y 7. C¸c thanh chÞu nÐn hoÆc kh«ng chÞu lùc cña hÖ thanh kh«ng gian rçng, tiÕt diÖn ch÷ T, ch÷ thËp, chÞu t¶i träng giã khi kiÓm tra ®é m¶nh trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng. 150 Ghi chó: α = N /(ϕAfγc) – hÖ sè ϕ lÊy kh«ng nhá h¬n 0,5 (khi nÐn lÖch t©m, nÐn uèn thay ϕ b»ng ϕe). B¶ng 33 (TCXDVN 336 : 2005) _ Gi¸ trÞ giíi h¹n [hw/tw] Gi¸ trÞ §é lÖch t©m Lo¹i tiÕt C«ng thøc tÝnh [h /t ] t−¬ng ®èi diÖn cét w w λ vµ λ1 2 λ < 2,0 (1,3 + 0,15 λ ) E / f Ch÷ I λ ≥ 2,0 (1,2 + 0,35 λ ) E / f ; nh−ng kh«ng lín h¬n 2,3 E / f H×nh hép, λ <1,0 1,2 E / f m = 0 ch÷ [ c¸n λ ≥ 1,0 (1,0 + 0,2λ) E / f ; nh−ng kh«ng lín h¬n 1,6 E / f Ch÷ [ λ < 0,8 E / f tæ hîp λ ≥ 0,8 (0,85 + 0,19λ) E / f ; nh−ng kh«ng lín h¬n 1,6 E / f Ch÷ I, m ≥ 1,0 2 h×nh hép λ1 < 2,0 (1,3 + 0,15λ1 ) E / f ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 17
18. λ1 ≥ 2,0 (1,2 + 0,35λ1 ) E / f ; nh−ng kh«ng lín h¬n 3,1 E / f Ghi chó: λ – ®é m¶nh qui −íc khi tÝnh to¸n æn ®Þnh cña cét chÞu nÐn ®óng t©m; λ1 – ®é m¶nh qui −íc khi tÝnh to¸n æn ®Þnh trong mÆt ph¼ng t¸c dông cña m« men; _ TiÕt diÖn h×nh hép lµ c¸c tiÕt diÖn kÝn (tæ hîp, uèn cong d¹ng ch÷ nhËt hay vu«ng); _ §èi víi tiÕt diÖn h×nh hép, khi m > 0, gi¸ trÞ cña [hw/tw] lÊy cho b¶n bông n»m song song víi mÆt ph¼ng t¸c dông cña m«men uèn; _ Khi 0 < m <1,0 gi¸ trÞ cña [hw/tw] ®−îc néi suy tuyÕn tÝnh theo c¸c gi¸ trÞ víi m = 0 vµ m = 1,0. B¶ng 34 (TCXDVN 336 : 2005) _ Gi¸ trÞ giíi h¹n [bo/tf] TÝnh to¸n dÇm §Æc ®iÓm phÇn nh« ra Gi¸ trÞ [bo/tf] Kh«ng viÒn mÐp 0,5 E / f Trong giíi h¹n ®µn håi Cã viÒn mÐp 0,75 E / f E / f Kh«ng viÒn mÐp 0,11hw /tw nh−ng kh«ng lín h¬n 0,5 KÓ ®Õn sù ph¸t triÓn (1) Cã viÒn mÐp cña biÕn d¹ng dÎo E / f 0,16hw /tw nh−ng kh«ng lín h¬n 0,75 (1) E / f Ghi chó: : Khi hw/tw ≤ 2,7 gi¸ trÞ [bo/tf] lÊy nh− sau: E / f – §èi víi c¸nh kh«ng viÒn: [bo/tf] = 0,3 ; E / f – §èi víi c¸nh viÒn b»ng s−ên: [bo/tf] = 0,45 ; – hw, tw lµ chiÒu cao tÝnh to¸n vµ chiÒu dµy cña b¶n bông. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 18
19. Baûng 14 (TCXDVN 336 : 2005) _ Coâng thöùc tính ñoä maûnh töông ñöông cuûa caáu kieän roãng Loaò Sô ñoà tieát dieän Ñoä maûnh töông ñöông λo cuûa thanh toå hôïp tieát dieän roãng tieát Vôùi baûn giaèng khi Vôùi thanh giaèng dieän (Ib / b) / (If / l) ≥ 5 (Ib / b) / (If / l) < 5 1 x 2 2 2 2 2 1 y y λo = √ [λx +λ1 ] (5.27) λo = √ [λx + 0,82λ1 (1+n)] λo = √ [λ x + α1 (A/Ad1)] (5.24) (5.30) x b 2 1 x 2 2 2 2 2 2 2 2 y y λo = √ [λ +λ1 +λ2 ] λo = √ [λ + 0,82λ1 (1+n) + λo = √ [λ + A(α1/Ad1 + 2 (5.28) λ2 (1+n2)] (5.25) α2/Ad2)] (5.31) 1 x 3 x 3 2 2 2 2 2 3 y y λo =√ [λ + 1,3λ3 ] (5.29) λo = √ [λ + 0,82λ3 (1+3n3)] λo = √λ + α1 (2A/3Ad) (5.26) (5.32) b x Chuù thích: b : khoaûng caùch truïc nhaùnh coät l : khoaûng caùch troïng taâm cuûa hai baûn giaèng λ : ñoä maûnh lôùn nhaát cuûa toaøn thanh λ1, λ2, λ3 : ñoä maûnh cuûa töøng nhaùnh ñoái vôùi truïc 1-1, 2-2 vaø 3-3, töoâng öùng vôùi chieàu daøi nhaùnh lf, ñoái vôùi coät haøn laø khoaûng caùch caùc meùp gaàn nhau cuûa hai baûn giaèng lieân tieáp (Hình 4- ), ñoái vôùi coät buloâng hay ñinh taùn laø khoaûng caùch giöõa troïng taâm cuûa hai buloâng / ñinh taùn ngoaøi cuøng cuûa 2 baûn giaèng lieân tieáp A : dieän tích tieát dieän cuûa toaøn coät. Ad1, Ad2, Ad : dieän tích tieát dieän caùc thanh xieân cuûa heä giaèng (khi HG daïng chöõ thaäp laø dieän tích 2 thanh xieân) naèm trong caùc maët phaúng thaúng goùc vôùi caùc truïc töông öùng 1-1 vaø 2-2, hoaëc naèm trong moät maët phaúng nhaùnh (ñoái vôùi coät 3 nhaùnh). 3 2 α1, α2 : caùc heä soá ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc α = 10 a / b l, trong ñoù a, b, l: caùc kích thöôùc laáy theo (Hình 4- ). Ib : moment quaùn tính tieát dieän cuûa 1 baûn giaèng ñoái vôùi truïc baûn thaân x-x (Hình 4- ). If : moment quaùn tính cuûa 1 nhaùnh ñoái vôùi truïc 1-1 (tieát dieän loaïi 1), 1-1 vaø 2-2 (tieát dieän loaïi 2), 3-3 (tieát dieän loaïi 3). n, n1, n2, n3 : caùc heä soá ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : n = If1 b / Ib l n1 = If1 b / Ib1 l n2 = If2 b / Jb2 l n3 = If3 b / Ib3 l ôû ñaây: If1, If3 : moment quaùn tính cuûa tieát dieän töøng nhaùnh ñoái vôùi caùc truïc töông öùng 1-1 vaø 3-3 (cho tieát dieän loaïi 1 vaø 3). If1, If2 : moment quaùn tính cuûa hai theùp goùc ñoái vôùi caùc truïc töông öùng 1-1 vaø 2-2 (cho tieát dieän loïai 2). Ib1, Ib2 : moment quaùn tính cuûa baûn giaèng naèm töông öùng trong maët phaúng thaúng goùc vôùi caùc truïc töông öùng 1-1 vaø 2-2 (ñoái vôùi tieát dieän loïai 2). ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 19
20. Vôùi nhöõng thanh toå hôïp lieân keát baèng thanh giaèng, ngoaøi vieäc kieåm tra oån ñònh cuûa toaøn thanh coøn phaûi kieåm tra oån ñònh cuûa toaøn nhaùnh trong khoaûng lf giöõa caùc maét. • Ñoä maûnh rieâng reõ cuûa töøng nhaùnh λ1, λ2, λ3 cuûa ñoaïn giöõa caùc baûn giaèng khoâng ñöôïc lôùn hôn 40. • Khi coù moät maët phaúng, duøng taám ñaëc thay cho baûn giaèng (hình 1, b, c) thì ñoä maûnh cuûa nhaùnh ñöôïc tính theo baùn kính quaùn tính cuûa moät nöûa tieát dieän ñoái xöùng ñoái vôùi truïc thaúng goùc vôùi maët phaúng cuûa baûn giaèng cuûa phaàn tieát dieän ñoù. • Trong nhöõng thanh toå hôïp coù thanh giaèng, ñoä maûnh cuûa caùc nhaùnh rieâng reõ giöõa caùc maét khoâng ñöôïc lôùn hôn 80 vaø khoâng ñöôïc vöôït quaù ñoä maûnh töông ñöông λo cuûa toaøn thanh. Cho pheùp duøng ñoä maûnh cuûa nhaùnh vôùi nhöõng giaù trò lôùn hôn (nhöng khoâng quaù 120) khi thanh ñöôïc tính theo sô ñoà bieán daïng. Caùc caáu kieän toå hôïp töø caùc theùp goùc, theùp [ (nhö thanh daøn ) ñöôïc pheùp gheùp saùt nhau hoaëc qua caùc baûn ñeäm ñöôïc tính toaùn nhö caùc thanh buïng ñaëc khi khoaûng töï do cuûa nhaùnh lf giöõa caùc baûn ñeäm khoâng vöôït quaù: • 40 i, ñoái vôùi caáu kieän chòu neùn. • 80 i, ñoái vôùi caáu kieän chòu keùo. trong ñoù : baùn kính quaùn tính i cuûa theùp goùc L, theùp chöõ [ ñoái vôùi truïc song song vôùi maët phaúng cuûa baûn ñeäm; khi tieát dieän thanh daïng chöõ T hoaëc chöõ thaäp (gheùp töø 2 theùp goùc) laø baùn kính quaùn tính nhoû nhaát cuûa theùp goùc. Trong phaïm vi chieàu daøi cuûa thanh chòu neùn, caàn ñaët khoâng ít hôn 2 baûn ñeäm. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C4-cotnendungtam (Dec.06) 20