BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN VĂN SÁCH

TÍNH TOÁN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO TCXDVN 338:2005 VÀ THEO

QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005

Chuyên nghành : Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.20

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2013

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phạm Văn Hội

Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Quang Viên

Phản biện 2: TS. Huỳnh Minh Sơn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 29

tháng 9 năm 2013.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

− Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

− Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Vấn đề thực tiễn.

Dầm là một trong những cấu kiện chịu lực chủ đạo của khung;

dầm nhận tải trọng từ sàn… rồi truyền đến cột, vách rồi truyền xuống

móng. Dầm trong khung, chủ yếu là chịu uốn và chịu cắt. Việc khảo

sát đặc điểm làm việc của công trình, ứng xử của kết cấu, cũng như

tìm hiểu Quy định của Tiêu chuẩn Thiết kế, là công việc rất cần thiết

với các kỹ sư thiết kế.

2. Mục tiêu và nội dung của đề tài.

Đề tài quan tâm đến các cấu kiện bằng thép thông dụng, độc lập

hoặc nằm trong khung thép là dầm chịu cắt.Tính toán dầm chịu cắt

theo quy định của TCXDVN 338:2005 và Quy phạm Hoa Kỳ AISC-

2005.

Nghiên cứu các trình tự tính toán dầm thép chịu cắt nhằm giúp

người thiết kế nhìn nhận rõ hơn ứng xử của dầm thép trong khung khi

chịu cắt. Đây là vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế kết cấu

thép và cũng là lý do để chọn đề tài “Tính toán dầm thép chịu cắt

theo TCXDVN 338:2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005” .Nội

dung luận văn bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về dầm thép.

Chương 2: Tính toán dầm thép chịu cắt theo TCXDVN 338:2005

và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

Chương 3: Khảo sát tiết dầm thép chịu cắt.

Phần : Kết luận và kiến nghị.

2

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP

1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA DẦM THÉP

Kết cấu dầm thép được sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm: Cường

độ lớn, độ tin cậy cao, trọng lượng nhẹ, chịu lực tốt, cấu tạo tương đối

đơn giản và chi phí không lớn nên phù hợp với sản xuất công nghiệp.

1.2. CÁC LOẠI DẦM THÉP TRONG XÂY DỰNG.

1.2.1. Dầm định hình.

Dầm được chế tạo từ thép hình. Các loại dầm hình chữ I có tiết

diện đối xứng, thích hợp các kết cấu chịu uốn phẳng như dầm sàn

công tác, dầm mái, dầm cầu trục...

1.2.2. Dầm tổ hợp.

Dầm tổ hợp hàn : Dầm được tổ hợp từ thép bản. Liên kết giữa

bản bụng và bản cánh bằng đường hàn góc.

Dầm tổ hợp đinh tán (bulông) dầm được tổ hợp từ thép bản và

thép hình. Bản bụng dầm và bản thép thẳng đứng, bản cánh gồm các

thép góc và có thể kết hợp với bản đậy được tạo thành từ các thép

bản. Liên kết giữa bản bụng và cánh bằng các liên kết đinh tán hay bu

lông.

1.2.3. Dầm bụng khoét lỗ.

Các dầm thép thông thường, chịu tải trọng hay vượt nhịp lớn đều

đòi hỏi có chiều cao tiết diện lớn, trường hợp đó có thể thay thế bởi

kết cấu dầm bụng có khoét lỗ.

3

1.2.4. Dầm bụng sóng

Khi điều kiện ổn định cục bộ đòi hỏi phải có chiều dày khá lớn và

cần được gia cường bằng các sườn ngang và dọc. Một số nước như

Pháp, Đức, Liên Xô(cũ)... đã nghiên cứu chế tạo dầm đặc có bản

bụng lượn sóng hay gấp khúc, gọi là dầm bụng sóng.

1.2.5. Dầm cánh rỗng

Dầm thép cánh rỗng (viết tắt là HBF) theo công nghệ của Úc là

loại thép cường độ cao, tiết diện chữ I đối xứng.

1.3. VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG.

1.3.1. Thép cacbon thấp cường độ thường.

1.3.2 Thép cường độ khá cao.

1.3.3. Thép cường độ cao.

1.3.4. Thép của nước ngoài trên thị trường Việt Nam.

a. Thép của Liên xô (trước đây) và của Nga.

b. Thép Trung Quốc.

c. Thép Hoa Kỳ.

d. Thép Châu Âu.

e. Thép các nước khác.

1.4. GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

TCXDVN 338-2005 VÀ QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005.

1.4.1.Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 338-2005.

Tiêu chuẩn hiện hành để thiết kế kết cấu thép là TCXDVN 338-

2005, áp dụng cho các công trình nhà cửa và các công trình dân dụng

khác, trừ công trình cầu và hầm. Kết cấu thép theo tiêu chuẩn Việt

Nam được thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn.

1.4.2. Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

Ký hiệu và tên đầy đủ của Quy phạm là ANSI/AISC 360-2005 –

Specification for Structural Steel Buildings ( Quy phạm kỹ thuật về

nhà kết cấu thép) do Viện kết cấu thép Hoa Kỳ (American Institute of

4

Steel Construction, viết tắt là AISC) biên soạn và được sự chấp thuận

của viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (American National Standard

Institute) coi như một Tiêu chuẩn Quốc gia, có hiệu lực từ tháng 3

năm 2005.

5

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO TCXDVN 338-

2005 VÀ THEO QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005

2.1. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO

TCXDVN 338-2005.

2.1.1. Nguyên tắc thiết kế.

2.1.2. Tính toán theo điều kiện bền.

a. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện chịu cắt của cấu kiện

bụng đặc chịu uốn trong một mặt phẳng chính.

Độ bền chịu cắt của cấu kiện bụng đặc chịu uốn trong một mặt

phẳng chính được tính theo công thức:

v c

w

VSf

Itτ γ= ≤ (2.1)

b. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện có các ứng suất phức

tạp.

Tại cao độ ứng với biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng

dầm, khi đồng thời có ứng suất pháp, ứng suất tiếp và có cả ứng suất

cục bộ thì cần kiểm tra theo ứng suất tương đương :

2 2 23 1,15c c cfσ σ σσ τ γ+ − + ≤ (2.2)

c. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện chỉ chịu cắt trong giai

đoạn biến dạng dẻo.

Dầm đơn giản có tiết diện đặc, bằng thép có giới hạn chảy fy ≤

530 N/mm2, chịu tải trọng tĩnh, uốn trong các mặt phẳng chính, được

phép tính toán có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo, công thức

kiểm tra bền tiết diện gối dầm (khi M = 0; Mx = 0; My = 0) được kiểm

6

tra bền theo công thức:

v c

w w

Vf

t hτ γ= ≤ (2.6)

2.1.3. Tính toán theo điều kiện ổn định.

a. Tính toán ổn bản bụng dầm chịu cắt.

Sử dụng phương pháp năng lượng tìm được biểu thức ứng suất

tới hạn của tấm dài:

2

22

( )12(1 )th

E tk

h

π

τ

µ

=

−

(2.7)

Với tỉ lệ cạnh β=a/h là hữu hạn hệ số ổn định k được tính bằng

công thức của Bleich như sau:

2

45,34k

β

= + , khi cạnh tựa tự do.

2

48,98k

β

= + , khi cạnh tựa ngàm.

Để thuận lợi sử dụng được cho các loại thép khác nhau qui phạm

Việt Nam dùng khái niệm độ mảnh qui đổi của bản bụng dầm :

( )b

h R

t Eλ =

Điều kiện bản bụng ổn định là độ mảnh của bản không được vượt

quá độ mảnh giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn, tức làb b

λ λ ≤ .

Phân biệt các trường hợp:

- Khi 3,2b

λ ≤ bản bụng luôn ổn định với mọi dạng ứng suất.

Không cần phải gia cố bằng sườn cho bản bụng.

- Khi 3,2b

λ > cần phải gia cố các sườn ngang cách nhau a,

không quá 2h để chia bản bụng thành các ô. Sau khi đã gia cố các

7

sườn ngang, tính độ mảnh của ô theo 0

d R

t Eλ

=

với d là cạnh

nhỏ (a hoặc h tùy trường hợp).

+ Khi 3,5b

λ ≤ ô bản bụng luôn ổn định với mọi dạng ứng suất.

+ Khi 3,5b

λ > cần phải kiểm tra ổn định của ô bản dưới tác

dụng đồng thời của σ và τ theo công thức:

2 2

1th th

σ τ

γσ γτ

+ ≤

(2.12)

Trong đó:

σth và τth là các ứng suất tới hạn khi chịu tác dụng riêng rẻ, được

tính bằng:

220

0,7610,3(1 ) c

th

Rτ

βλ

= + (2.13)

20

th

RCσ

λ

= (2.24)

b. Tính toán ổn bản bụng dầm chịu tác động đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp.

Điều kiện ổn định là:

2 2

1th th

σ τ

γσ γτ

+ ≤

(2.18)

Các trị số σth và τth được tính theo các trường hợp tác dụng riêng

rẽ.

2.2. TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN AISC.

2.2.1. Các phương pháp và cơ sở thiết kế.

2.2.2. Phân lớp tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ.

a. Phân lớp tiết diện.

8

b

t

twh

h

t w

Tiết diện được phân thành các lớp: đặc chắc, không đặc chắc và

mảnh.

b. Xác định các giới hạn độ mảnh λλλλp và λλλλr.

Bảng 2.2 - Độ mảnh giới hạn λλλλp, λλλλr của dầm và cột

Tiết diện

Độ

mảnh Dầm

Cột nén đúng

tâm

Cánh

f

b

tλ = 0,38p

y

E

Fλ = ; 1,0r

y

E

Fλ =

0,56r

y

E

Fλ =

Bụng

w

w

h

tλ = 3,76p

y

E

Fλ = ; 5,7r

y

E

Fλ = 1,49r

y

E

Fλ =

b

tλ = 1,12p

y

E

Fλ = ; 1,40r

y

E

Fλ = 1,40r

y

E

Fλ =

h

tλ = 3,76p

y

E

Fλ = ; 5,7r

y

E

Fλ = 1,49r

y

E

Fλ =

2.2.3. Tính toán theo điều kiện bền

a. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện dầm cán chữ I chịu

cắt.

Trạng thái giới hạn xảy ra khi ứng suất cắt đạt tới giới hạn chảy τy

tức là :

w

y y

Vf

Aτ= ≤ Với Aw = dtw

Khả năng chịu cắt thuần túy (hoặc độ bền chịu cắt) danh nghĩa :

9

wn yV Aτ= (2.24)

Quy phạm lấy τy=0,6Fy khi đó công thức (2.24) trở thành :

Vn=0,6FyAw

Công thức này áp dụng khi h/tw của bụng khá nhỏ để không xảy

ra oằn. Cụ thể :

w

2,24y

h E

t F≤

b. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện dầm tổ hợp chịu cắt.

Khả năng chịu cắt thuần túy (hoặc độ bền chịu cắt) danh nghĩa

của dầm tổ hợp tiết diện chữ I đối xứng kép hoặc đối xứng đơn, tiết

diện chữ C được xác định bằng công thức :

Vn=0,6FyAwCv

Trong đó :

+ Theo LRFD, độ bền thiết kế là øVn và điều kiện bền :

u v n

V V≤ Ω Với Vn=0,9

+ Theo ASD, độ bền thiết kế là Vn /Ωv và điều kiện bền :

n

a

v

VV ≤

Ω

Với Ωv =1,67

Hệ số Cv xác định như sau :

+ Khi w

1,10 v

y

k Eh

t F≤ (tức là Khi

w

2,46y

h E

t F≤ đối với dầm

không sườn kv=5,0) => Cv=1,0

+ Khi w

1,10 1,37v v

y y

k E k Eh

F t F< ≤ =>

w

1,10 /

/v y

v

k E Fc

h t=

10

+ Khi w

1,37 v

y

k E h

F t< =>

( )

2

w

1,51

/v

v

y

Ekc

h t F=

Theo qui phạm AISC/LRFD qui định sử dụng:

( )

2

55

/vk

a h= +

(2..25)

2.2.4. Tính toán theo điều kiện ổn định

a. Tính toán theo điều kiện ổn định tiết diện dầm chịu cắt.

Xuất phát từ biểu thức ứng suất tới hạn theo Timoshenko và

Woinowwski:

2

2212(1 )

v

cr

k E

h

t

π

τ

µ

=

−

(2.26)

Ổn định bền cắt tiêu chuẩn – theo LRFD.

Vn = 0,6FyAw Khi: 187 v

y

kh

t F=

/

0,6 187/

v y

n y w

k FV F A

h t= Khi 187 234v v

y y

k kh

F t F< ≤

( )

w2

264000

/v

n

kV A

h t= Khi 234 v

y

kh

t F>

Ổn định bền cắt tiêu chuẩn – theo AISC/ASD

Trên quan điểm thiết kế theo ứng suất thiết kế cho phép, quan hệ

cường độ và tải trong sử dụng là :

/n nV V

VFSγ φ

= ≥

(2.35)

/γ φ

là yếu tố lực chia cho yếu tố bền.

FS =1,67 là yếu tố an toàn trong dầm.

11

Vn là lực cắt tiêu chuẩn, Fy là cường độ ứng suất cắt cho phép.

w

w( )v y v y

v

C A CF

FS A FS

τ τ

= = (2.36)

Sử dụng 3 0.6 1.67y y yF F FSτ = = = và thừa nhận cho

Giá trị Cv lấy như sau:

( )

2

45.000

/v

v

y

kC

F h t=

với 0.8v

C ≤ (2.37)

190

/v

v

y

kC

h t F=

với 0.8v

C > (2.38)

Fv = 0.4 Fy khi 380

y

h

t F≤

0.42.89

y v

v y

F CF F= ≤

khi 380

y

h

t F> (2.39)

Khi không sử dụng sườn cứng, tỉ số a/h lớn lấy gần đúng kv=5.34

và Fv=0.4Fy ta có:

190 5.34 439

/v

yy

Chh t F

Ft

= = (2.40)

Như vậy:

439

0.42.89

y

v y

y

FF F

hF

t

= = (2.41)

Và 380

63y

h

t F= = (Fy = 36ksi) là giới hạn để bản bụng dầm

12

(không có sườn) không mất ổn định do cắt. (Theo đơn vị SI, Fy là

Mpa: 1000

63y

h

t F= = với Fy=248Mpa)

Tính toán ổn định cắt kể đến trường ứng suất kéo.

Một dầm tổ hợp khi bản dụng mất ổn định cục bộ không thể xác

định được chính xác cường độ của nó. Dầm có cánh và sườn cứng có

thể được xem xét sau mất ổn định. Theo Basler: sau khi bản dụng bị

mất ổn định dầm có thể được xem xét làm việc như kết cấu dàn. Lực

nén sẽ cho các sườn tiếp nhận và lức kéo do tác động của màng bụng

chịu kéo. Tác động của trường ứng suất kéo làm tăng cường độ chịu

cắt của bản bụng sau mất ổn định cục bộ.

Cường độ cắt tiêu chuẩn Vn bằng tổng lực ổn định cắt Vcr và

cường độ sau khi mất ổn định Vtf do tác dụng của trường chịu kéo.

Vn = Vcr + Vtf (2.42)

Cường độ ổn định cắt:

Vcr = CvτyAw (2.43)

Cường độ cắt Vtf :

2

12tf t

ht aV

bσ

= +

(2.44)

Ở đây t

σ

là ứng suất kéo phát triển trong bản bụng.

Theo điều kiện phá hoại của phần bản bụng dưới tác động của

ứng suất tiếp τcr và ứng suất pháp σt tìm được:

σt = (1 – Cv)Fy

Thay thế σt và sử dụng Cv = τcr / τy = τcr / ( Fy / 3 ) ta có:

2

1

3 2 1 ( / )v v

n y

C CV F ht

a h

−

= + +

(2.45)

13

Theo AISC/LRFD khi sử dụng các sườn ngang với kích thước và

khoảng cách thích hợp độ bền cắt tiêu chuẩn được biểu diễn bằng

biểu thức :

w 2

10,6

1,15 1 ( / )v

n y v

CV F A C

a h

−

= + +

, 0,63y

y

FF= (2.46)

b. Tính toán theo điều kiện ổn định tiết diện dầm chịu cắt và

chịu uốn.

Theo AISC/ASD, nếu M’n bằng moment sử dụng nhân với hệ số

an toàn FS, thì cường độ moment tiêu chuẩn Mn là FySx , V’n là lực

cắt sử dụng nhân với hệ số an toàn FS, và cường độ cắt tiêu chuẩn Vn

là τcrAw ta có:

w

( ) ( )0.625 1.375

y x cr

M FS V FS

F S Aτ

+ ≤

(2.60)

Thay thế fb bằng M/Sx , ứng suất cho phép lớn nhất khi uốn trong

dầm 0.60Fy/FS, ứng suất cắt sử dụng fv bằng V/Aw , và ứng suất cắt

cho phép Fv là τcr /FS, biểu thức 2.72 trở thành :

0.625 1.3750.6

b v

y v

f f

F F

+ ≤

Rút ra: (0.825 0.375 ) 0.60v

b y y

v

ff F F

F≤ − ≤ (2.61)

f v vF

0.60F y bf

1,00,60

1,0

0

0,75f b y0.60F =1.375-0.625

F v vf

AISD/ASD

Hình 2.15. Quan hệ ứng suất cắt và kéo theo AISC/ASD

14

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT.

3.1. ỨNG SUẤT CẮT CỦA DẦM THÉP.

Trong giới hạn đề tài, để so sánh và đánh giá được hết sự khác

nhau khi khi tính toán thiết kế dầm thép theo TCXDVN 338-2005 và

theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 tác giả chỉ khảo sát tiết diện dầm

thép về mặt kháng cắt, xem xét tiết diện khi không có sườn gia cường

và có sườn gia cường thì tiết diện đó chịu được ứng suất tiếp hoặc

lực cắt là bao nhiêu. Khả năng kháng cắt sẽ thay đổi như thế nào khi

độ mảnh bản bụng thay đổi hoặc khoảng cách sườn gia cường thay

đổi.

3.1.1. Trạng thái giới hạn khi tính tiết diện dầm thép chịu cắt

theo TCXDVN 338-2005.

3.1.2. Sơ đồ khối kiểm tra tiết diện dầm thép chịu cắt theo

TCXDVN 338-2005.

3.1.3. Trạng thái giới hạn khi tính tiết diện dầm thép chịu cắt

theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

3.1.4. Sơ đồ khối kiểm tra tiết diện dầm thép chịu cắt theo

Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

3.2. KHẢO SÁT TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT KHÔNG

CÓ SƯỜN GIA CƯỜNG.

3.2.1. Trình tự kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm

thép không có sườn gia cường chịu cắt theo TCXDVN 338-2005.

3.2.2. Trình tự kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm

thép không có sườn gia cường theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-

2005.

15

3.2.3. Kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm thép

không có sườn gia cường nhưng bề dày bản bụng thay đổi theo

TCXDVN 338-2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

Từ các bước tính toán theo mục 3.2.1. và mục 3.2.2. ta tiến hành

khảo sát tiết diện dầm tổ hợp không có sườn gia cường có kích thước

như hình 3.1 và chiều dày bản bụng biến thiên trong khoản từ 16,45

mm về 12,35 mm. Sử dụng thép A36 của Mỹ (Fy= 36ksi=

24,8kN/cm2) tương đương với thép CT3 của Việt Nam.

t

380

1200

1511

7015

w

Hình 3.3. Mặt cắt tiết diện khảo sát

Hình 3.4. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt của tiết diện khi bảng

bụng thay đổi tính theo TCXDVN 338-2005.

16

Hình 3.5. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt tiết diện khi bảng

bụng thay đổi tính theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

Hình 3.6. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt của tiết diện khi bảng

bụng thay đổi tính theo điều kiện bền.

17

Hình 3.7. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt của tiết diện khi bảng

bụng thay đổi tính theo điều kiện ổn định.

3.3. KHẢO SÁT TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT CÓ SƯỜN

GIA CƯỜNG.

3.3.1. Trình tự kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm

thép có sườn gia cường chịu cắt theo TCXDVN 338-2005..

3.3.2. Trình tự kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm

thép có sườn gia cường theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

3.3.3. Trình tự kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện dầm

thép có sườn gia cường theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 khi

xét đến ảnh hưởng của trường lực cắt.

3.3.4. Kiểm tra tiết diện dầm thép có sườn gia cường nhưng

khoản cách giữa hai sườn liên tiếp thay đổi theo TCXDVN 338-

2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

Vẽ được đồ thị so sánh sự biến thiên khả năng chịu cắt của tiết

diện khảo sát khi khoản cách sườn gia cường thay đổi theo TCXDVN

339-2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005.

18

Hình 3.8. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt của tiết diện khi khoản

cách sườn gia cường thay đổi tính theo điều kiện ổn định.

Hình 3.9. Biểu đồ biến thiên khả năng chịu cắt của tiết diện khi khoản

cách sườn gia cường thay đổi tính theo điều kiện ổn định của

TCXDVN 338-2005 và có kể đến trường lực cắt theo Quy phạm Hoa

Kỳ AISC-2005.

19

3.4. KẾT LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI KHẢO

SÁT CÁC TIẾT DIỆN TRÊN.

Sử dụng thép A36 (Tiêu chuẩn Mỹ) có Fy= 36ksi tương đương

với thép CT3 (Tiêu chuẩn Việt Nam). Kết quả nghiên cứu cho thấy :

- Khi kiểm tra tiết diện dầm chịu cắt theo TCXDVN 338-2005 ta

phải kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền và kiểm tra theo điều kiện

ổn định, còn khi kiểm tra tiết diện dầm chịu cắt theo Quy phạm Hoa

Kỳ AISC-2005 thì khi điều kiện bền thỏa mãn thì điều kiện ổn định

luôn thỏa mãn.

- Do quy định tính toán tiết diện dầm chịu cắt theo TCXDVN

338-2005 và Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 khác nhau; nên khi tính

toán theo điều kiện bền thì kết quả tính toán cho cùng một tiết diện là

khác nhau và không theo một quy luật nào; còn khi tính toán theo

điều kiện ổn định thì kết quả tính toán được từ một tiết diện cố định

theo TCXDVN 338-2005 luôn cao hơn so với kết quả tính toán theo

Quy phạm Hoa kỳ AISC-2005.

- Khi tính toán tiết diện dầm chịu cắt có sườn gia cường theo

TCXDVN 338-2005 luôn cao hơn so với kết quả tính toán theo Quy

phạm Hoa kỳ AISC-2005.Nhưng khi kể đến trường lực cắt thì kết quả

tính toán khả năng chịu cắt của tiết diện theo Quy phạm Hoa kỳ

AISC-2005 cao hơn kết quả tính toán khả năng chịu cắt của tiết diện

theo TCXDVN 338-2005.

3.5. SO SÁNH HAI TIÊU CHUẨN VỀ CÁCH TÍNH TOÁN

DẦM CHỊU CẮT VÀ KẾT LUẬN.

Dựa vào kết quả so sánh nêu trên, khi tiết diện đặc thì độ mảnh

cho phép của bụng dầm bản theo Quy phạm AISC-2005 là 107 không

khác mấy so với tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 338-2005 là 94,65.

Tuy nhiên, với tiết diện không đặc thì độ mảnh cho phép bản bụng

theo tiêu chuẩn Mỹ lớn hơn nhiều 163 so với 94,65 của tiêu chuẩn

20

Việt Nam. Nếu tiết diện mảnh còn chênh lệch lớn hơn khi độ mảnh

cho phép tới 322 mới yêu cầu sườn gia cường. Điều này là do quy

định τth ≥ Rc để dầm không mất ổn định cục bộ trước khi phá hoại

bền. Tuy nhiên, thực tế chỉ cần thoả τ < τth< Rc là đảm bảo cả 02

điều kiện bền và ổn định cục bộ. Như vậy, chiều dày bụng sẽ mỏng

hơn nhiều, giá trị độ mảnh cho phép để không bố trí sườn tính theo

tiêu chuẩn Mỹ lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam.

Khi điều kiện ổn định đảm bảo, ta tính toán lực cắt theo điều kiện

bền Vgh chỉ phụ thuộc vào đặc trưng hình học tiết diện; khi tính theo

điều kiện ổn định τth theo tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 thì kv=5,34

với mọi trường hợp, còn theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 thì Cv

và kv thay đổi tùy thuộc vào tiết diện được phân cấp như thế nào nên

khi tính toán theo điều kiện bền Vn phụ thuộc vào hệ số Cv hay điều

kiện ổn định τcr phụ thuộc vào kv.

Khi dầm có sườn gia cường, ta tính toán khả năng chịu cắt với

điều kiện ổn định τth theo tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 và theo

Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 đều tùy thuộc vào tiết diện và khoản

cách giữa hai sườn liên tiếp, kết quả tính toán thu được khi tính toán

theo tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 luôn lớn hơn theo Quy phạm

Hoa Kỳ AISC-2005; nhưng trong Quy phạm Hoa Kỳ cho phép xét

đến ảnh hưởng của trường lực kéo nếu dầm thỏa mãn một số điều

kiện.

21

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Điểm rất khác biệt của Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 so với

Tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 là cho phép người thiết kế sử dụng

các loại tiết diện phân cấp linh hoạt hơn nhiều, kể cả những tiết diện

rất mảnh. Đây là ưu thế so với Tiêu chuẩn Việt Nam.Với tiết diện đặc

chắc thì cho phép sử dụng hết khả năng ứng suất cho phép của vật

liệu.Tiết diện không đặc chắc thì phải giảm ứng suất cho phép đi, còn

tiết diện mảnh thì phải giảm ứng suất đi nữa.

Cả hai tiêu chuẩn đều dựa trên cơ sở lý thuyết ổn định của

TIMOSHENKO nhưng sự khác biệt là do quan điểm tính toán cũng

như các hệ số xác định từ thực nghiệm. Do đó, sự sai khác giữa Quy

phạm Hoa Kỳ AISC-2005 và TCXDVN 338-2005 là bình thường

nhưng Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 đáp ứng nhu cầu thực tế hơn

TCXDVN 338-2005.

Kiểm tra ổn định của dầm tính theo tiêu chuẩn TCXDVN 338-

2005 khắt khe hơn khi chỉ cần cánh hay bụng mất ổn định cục bộ là

coi như mất bền. Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 chấp nhận việc cong

vênh cục bộ của tiết diện, tức là cho phép một số bộ phận của tiết

diện không làm việc, bù lại sẽ giảm ứng suất đi để giữ nguyên đọ an

toàn. Do đó có nhiều qui định cấu tạo về độ mảnh của bụng dầm khác

xa so với tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005.

Trong tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 hướng dẫn thiết kế sườn

cứng để tăng cường ổn định cho bản bụng dầm thì bất luận nội lực

trong dầm dù lớn hay nhỏ cũng đều phải bố trí các cặp sườn cứng

ngang theo suốt chiều dài của dầm khi độ mảnh bụng dầm lớn hơn độ

22

mảnh giới hạn .Trong khí đó theo quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005 thì

sự cần thiết của việc bố trí các sườn cứng ngang phải căn cứ vào ứng

suất cắt trong dầm. Hệ quả cùng một tải trọng nhưng "Dầm thép thiết

kế theo TCXDVN 338-2005" luôn có các sườn cứng ngang bố trí đều

đặn theo chiều dài của dầm, còn "Dầm thép thiết kế theo Quy phạm

Hoa Kỳ AISC-2005" thì có thể không hoặc có các sườn cứng.

Các tiêu chuẩn thiết kế đều xét kết cấu ở trạng thái tới hạn, vật

liệu làm việc ở giai đoạn đàn hồi và dẻo để tận dụng tối đa khả năng

làm việc.Tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 các công thức được nghiên

cứu tỉ mỉ về lý thuyết nhằm phản ánh đúng sự làm việc của kết

cấu.Quy phạm Hoa Kỳ xét đến kết cấu làm việc sau trạng thái giới

hạn, trạng thái của kết câu lúc bị phá hoại với khả năng hình thành

khớp dẻo.

Tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 và Quy phạm Hoa Kỳ AISC-

2005 thực ra không có gì mâu thuẫn tuy có sự khác nhau về độ

mảnh.Tiết diện trong tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 chỉ là trường

hợp riêng của cấp tiết diên quy định trong Quy phạm Hoa Kỳ AISC-

2005.

2. KIẾN NGHỊ.

Tiêu chuẩn TCXDVN 338-2005 chỉ xét cấu kiện làm việc theo sơ

đồ ít biến dạng, chỉ quy định một loại tiết diện, nên chỉ quy định một

giá trị về cường độ tính toán.Trong khi đó Quy phạm Hoa Kỳ AISC-

2005 có nhiều cấp tiết diện khác nhau nên trước hết phải xét đến cấp

tiết diện.Cấp tiết diện qui định cường độ tính toán cho phép.

Trong quá trình hội nhập, quy phạm Việt Nam cho phép các kỹ

sư lựa chọn sử dụng tiêu chuẩn của các nước Mỹ, Anh, Châu Âu,

Úc... bên cạnh tiêu chuẩn Việt Nam, vì vậy cần sớm phổ biến và áp

23

dụng thành thạo các tiêu chuẩn các nước tiên tiến như Quy phạm Hoa

Kỳ AISC-2005 trong thiết kế kết cấu thép, nhất là đối với những công

nghệ mới đã và đang chuyển giao ứng dụng vào nước ta.

Hướng phát triển đề tài nghiên cứu tiết diện hợp lý của dầm, ứng

dụng lập phần mền lập trình khi thiết kế, kiểm tra tiết diện.