Kết cấu thép 1

KHOA XÂY DKHOA XÂY DỰỰNGNGPGS.TS. NGUYPGS.TS. NGUYỄỄN VĂN BAN VĂN BA

KẾT CẤU THÉP I

NĂM NĂM 20122012

MỞ ĐẦU

CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNGĐược làm bằng: Đất, đá

Bê tông Tre, gỗ

Thép (kim loại)

Cơ học đất, đáBê tông cốt thép

Kết cấu thép

Kết cấu thép là những kết cấu chịu lực của các công trình được làm bằng thép hoặc kim loại khác

Kết cấu thép được chia thành: Dầm

Cột

Dàn

KẾT CẤU THÉP

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC

1. Vật liệu

2. Liên kết

3. Các loại kết cấu

4. Các công trình dùng kết cấu thép

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TỪNG LOẠI KẾT CẤU

1. Ứng dụng, phân loại…

2. Cấu tạo

3. Tính toán

4. Các cấu kiện phụ trợ

5. Liên kết giữa các bộ phận

Khó nhất là tính toán

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Kết cấu là một hệ cơ học chịu trải trọng vì vậy nó được tính toán như một hệ cơ học (đã được nghiên cứu trong các môn cơ học).

1. Lập sơ đồ tính toán

2. Xác định được tải trọng

3. Thực hiện tính toán theo độ bền, độ cứng và ổn định

CHÚ Ý KHI HỌC

1. Ôn lại kiến thức cơ lý thuyết, sức bền vật liệu và cơ học kết cấu2. Mắn vững phương pháp nghiên cứu và tư duy logic

3. Làm nhiều bài tập

4. Thực hiện thật nghiêm túc tiến độ học tập

5. Tăng cường trao đổi, làm việc theo nhóm

6. Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

TÀI LiỆU THAM KHẢO1. Kết cấu thép cấu kiện cơ bản – Phạm văn Hội – NXB KH&KT - 20062. Kết cấu thép – Nguyễn Tiến Thu – NXB Xây dựng - 2007 3. Bài tập thiết kế kết cấu thép – Trần Thi Thôn – NXB ĐH Quốc gia TP. HCM 4. Hướng dẫn thiết kế kết cấu thép – Tủ sách KHCN Xây dựng – NXB Xây dựng - 20095. Tính toán kết cấu thép – Nguyễn Văn Yên – Trường ĐH Bách Khoa TP HCM6. Kết cấu thép – Đoàn Định Kiến – NXB Khoa học kỹ thuật - 1998 7. Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp – Đoàn Định Kiến – NXB Khoa học kỹthuật - 1998 8. Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp – Phạm Văn Hội – NXB Khoa học kỹ thuật - 2005 9. Tính toán và thiết kế kết cấu thép – Phạm Huy Chính – NXB XD - 201010. Thiết kế hệ dầm sàn thép – Đoàn Tuyết Ngọc – NXB Xây dựng - 200911. Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội– Đoàn Định Kiến – NXB XD - 200512. Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam 338-2005

Chương 1:VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC

CỦA KẾT CẤU THÉP

1.1. Đại cương về kết cấu thépKết cấu thép là những kết cấu chịu lực của các công trình được làm bằng thép hoặc kim loại khác

Các công trình dùng kết cấu thép

Dàn

Cột

Dầm

Liên kết

1.1.1. Những ưu và nhược điểm của kết cấu thép

1.1. Đại cương về kết cấu thép

a. Ưu điểm:

- Bị ăn mòn. b. Nhược điểm :

- Trọng lượng nhẹ.

- Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao.

- Tính công nghiệp cao.

- Tính cơ động cao trong vận chuyển và lắp ráp.

- Tính kín.

- Chịu lửa kém.

Kết cấu thép là những kết cấu chịu lực của các công trình được làm bằng thép hoặc kim loại khác

Các công trình dùng kết cấu thép

1.1.2. Phạm vi ứng dụng của kết cấu thép


a. Nhà công nghiệp.

c. Những công trình đặc biệt.

b. Kết cấu vỏ mỏng.

- Cầu

- Khung chịu lực của nhà cao tầng

- Những công trình có nhịp lớn

- Các tháp cao

- Các kết cấu di động

1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với kết cấu thép


Yêu cầu về sử dụng

Tiết kiêm vật liệu

Lắp ráp nhanh

Có thể chế tạo hàng loạt lớn, sử dụng thiết bị chuyên dùng….

Chịu lực khi sử dụng

Độ bền lâu

Hình dạng hài hòa, thanh thoát

Yêu cầu về kinh tế

Tránh được thiết kế lắp lại

1.2.1. Phân loại thép xây dựng

1.2. Thép xây dựng

a. Theo thành phần hóa học của thép:

c. Theo phương pháp để lắng thép:

b. Theo phương pháp luyện thép:

+ Thép hợp kim thấp:

+ Thép hợp kim vừa:

+ Thép hợp kim cao:

- Luyện bằng lò quay,

- Luyện bằng lò bằng.

- Thép sôi,

- Thép tĩnh,

- Thép nửa tĩnh.

1.2.2. Cấu trúc và các thành phần của thép


a. Cấu trúc của thép

b. Thành phần hóa học của thép

Thép có tổ chức tinh thể với hai tổ chức chính

- Ferit các hạt màu sáng chiếm 99% thể tích

- Xementit là hợp chất sắt cacbua (Fe3C)

- Thép cacbon,

- Đối với thép hợp kim,

1.2.3. Các mác thép xây dựng


a. Mác thép cacbon kết cấu thông thường (TCVN 1765 - 1975)

c. Thép cacbon cán nóng dùng làm kết cấu thép trong xây dựng

b. Mác thép cacbon kết cấu chất lượng tốt (TCVN 1766 - 1975)

1.3.1. Sự làm việc chịu kéo, nén của thép

1.3. Sự làm việc của thép chịu tải trọng

Biểu đồ kéo nén thép

Các đặc trưng cơ học của vật liệu: Giới hạn tỷ lệ: tl

Giới hạn chảy: cl

Giới hạn bền: b

Biến dạng khi đứt: 0

1.3. Sự làm việc của thép chịu tải trọng1.3.2. Sự phá hoại giòn của thép

Hiện tượng biến cứng nguội


Thép chịu ứng suất phức tạp

Khi chịu ứng suất phẳng:

Có các ứng suất chính:

1 và 2


Sự tập trung ứng suất


Thép chịu tải trọng lặp


Độ dai va đập

Độ dai va đập có giátrị bằng công phá họa mẫu chia cho diện tích tiết diện mẫu

1.4.1. Thép hình

1.4. Quy cách thép xây dựng

1.4. Quy cách thép xây dựng1.4.2. Thép tấm

1.4.3. Thép hình dập, cán nguội

1.5. Phương pháp tính kết cấu thép

Kết cấu thépTải trọng Nội lực

Biến dạng Tăng theo

tải trọng

Không thỏa mãn các yêu cầu sử dụng

Kết cấu bịhỏng

Cứ tăng

tải trọngTrang thái giới hạn

Mất khả năng chịu lực

Không sử dụng bình thường được

Chỉ tiêu tính toán

Nội lực Biến dạng

Trang thái giới hạn thứ haiTrang thái giới hạn thứ nhất

Độ bền Độ cứng

1.5.1. Cường độ của thép


a. Cường độ tiêu chuẩn:là đặc trưng cơ bản của vật liệu được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu.

b. Cường độ tính toán:là giá trị cường độ được sử dụng trong tính toán

Cường độ tính toán hệ số an toàn vật liệu

Cường độ tiêu chuẩn

- khi tính toán theo giới hạn chảy:

- khi tính toán theo giới hạn bền:

y

m

ff

ut

m

ff

fy = c f - khi tính toán theo giới hạn chảy:

- khi tính toán theo giới hạn bền: fu = b

ft

1.5.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng


a. Phân loại tải trọng

Tổ hợp cơ bản: + Khi có 1 tải trọng ngắn hạn: Ptx + Pdh + Pnh

+ Khi có nhiều tải trọng ngắn hạn: Ptx + Pdh + 0,9 Pnh

c. Tổ hợp tải trọng

b. Tải trọng: Tải trọng tiêu chuẩn: Pc

-Động đất-Đất sụt lở-Nổ-...

-Tải trọng thi công, sửa chữa, cẩu lắp-Trọng lượng đồ đạc-Trọng lượng người đi lại-Gió-...

-Trọng lượng thiết bịmáy móc-Trọng lượng vách ngăn tạm thời-Trọng lượng hàng hóa-...

-Trọng lượng bản thân-Trọng lượng và áp lực đất-Ứng suất trước-...

Đặc biệt (Pdb)Ngắn hạn (Pnh)Dài hạn (Pdh)Tải trọng tạm thờiTải trọng thường xuyên

(Ptx)

Tải trọng tính toán: P = qPc

Tổ hợp đặc biệt: Ptx + Pdh + 0,8 Pnh + Pdb


1.5.3. Tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn

Nhóm 1: mất khả năng chịu lực hoặc không sử dụng được nữa

Nhóm 2: kết cấu không sử dụng bình thường được nữa hoặc làm giảm tuổi thọ công trình

- khi tính toán theo giới hạn chảy

N S

ci i q n cN P N n

t c u c

u u m

Af AfS

y cc

m

AfAfS

ci c n iP n

- khi tính toán theo giới hạn bền

Biến dạng hay chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn trong những tổ hợp bất lợi nhất

Nội lực trong cấu kiện đang xét cógiá trị lớn nhất (N):

Nội lực lớn nhất mà cấu kiện cóthể chịu được (S).

Điều kiện: Điều kiện:

Biến dạng lớn nhất cho phép đểkết cấu có thể sử dụng bình thường


Nhắc lại các hệ số dùng trong tính toán kết cấu thép

- nc:

- c:

- q:

- n:

- m:

- u:

Hệ số tổ hợp tải trọng

Hệ số điều kiện làm việc

Hệ số độ tin cậy về tải trọng

Hệ số an toàn về sử dụng

Hệ số độ tin cậy về cường độ

Hệ số an toàn với cấu kiện tính theo giới hạn bền

nc ≤ 1

c ≤ 1

q 1

n 1

m 1

u 1

Phương pháp tính kết cấu thép

Kết cấu thép

Biến dạng

Tổ hợp tải trọng

Chỉ tiêu tính toán

Khi tính toán phải thêm các hệ số

T. xuyên

Tạm thời Ngắn hạn

Đặc biệt

Dài hạnBền

Cứng

Ồn định

Cường độ

Ư.S. tới hạn

Chịu Tải trọng

Khả năng chịu tải

nc; q: c; n ; m; u

1.6. Tính toán cấu kiệnCác trường hợp chịu lực của cấu kiện

Kéo đúng tâm

e N

N

f M =cW

h

L L/2

P

Uốn Nén đúng tâm Nén lệch tâmN

Kéo lệch tâm

e N

N

- Tải - Nội lực - Ứng suất

- Điều kiện không hỏng

Nội dung tính toán

+ Điều kiện bền:

+ Điều kiện ổn định

+ Điều kiện cứng

* Trong giới hạn đàn hồi

* Kể đến biến dạng chảy

1.6. Tính toán cấu kiện1.6.1. Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm

Nội lực:

Ứng suất:

n

NA

a. Khi tính theo giới hạn chảy

b. Khi tính theo giới hạn bền t c

n u

fNA

cn

N fA

Lực dọc N

N

Tải:

M =cW

h

L L/2

P1.6. Tính toán cấu kiện1.6.2. Tính toán cấu kiện chịu uốn

Điều kiện bền uốn trong một mặt phẳng chính a. Trong giới hạn đàn hồi

Điều kiện bền cắt trong một mặt phẳng chính

b. Khi kể đến biến dạng dẻo

n,minW cM f

SIt v c

V f

ax WmM

2c cA

M ydA S

c. Tính cấu kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai

M =cW

h

L L/2

P

c c cmax

dW cM f

mô men uốn giới hạn ứng với giai đoạn này là:

(Với Wd = 2S)Khi có cả ứng suất tiếp: 2 23 1,15td cf

- Tải - Nội lực

1.6. Tính toán cấu kiện

1.6.3. Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm

a. Tính theo điều kiện bền cn

N fA

b. Tính theo điều kiện ổn định cN fA

Là hệ số giảm ứng suất cho phép (tra bảng)

Nội lực:

Tải:

1.6. Tính toán cấu kiện1.6.4. Tính toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm

a. Trong giới hạn đàn hồi

W cn n

N M fA

b. Khi kể đến biến dạng dẻo

32

1cWn c n c

N MA f f

(tính theo quy phạm)

e N

N

N và M = NeNội lực:

Tải:

1.6. Tính toán cấu kiện1.6.5. Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

a. Tính theo điều kiện bền

b. Tính theo điều kiện ổn định

Như thanh chịu kéo lệch tâm

Ngoài lực dọc N, thanh còn chịu mô men uốn M=N(e+f).

Thanh bị cong. Biến dạng không tuyến tính với N.

ecr

fcr

f

Khi N đạt đến giá trị tới hạn, f tăng vọt, thanh bịmất ổn định, ứng suất tới hạn là e

cr

Ứng suất thớ biên của thanh:

0A1 1

W WN M N e mA A

Điều kiện ổn định của thanh:

0 rec e c

N fA

e N

N

f Nội lực: Tải:

Ôn tập chương 11. Các mác thép trong xây dựng:

- Hiểu các ký hiệu thép, các thông số kỹ thuật của các loại thép qua ký hiệu

2. Phương pháp tính kết cấu thép

- Cường độ của thép

- Tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn

- Tải trọng

3. Tính toán cấu kiện:- TÍnh toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu uốn

- TÍnh toán cấu kiện chịu nén đúng tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm

- TÍnh toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

Chú ý các ký hiệu dùng trong xây dựng

Documents

Kết cấu thép 1