1. Tính cấp thiết của đề tài
SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ.
Khung thép được sử dụng khá phổ biến trong xây dựng các nhà cao tầng, bởi vì nó chế tạo và lắp ráp nhanh. Theo truyền thống, người thiết kế thường tính toán nội lực khung theo sơ đồ ban đầu; coi nút khung là cứng tuyệt đối hoặc là khớp lý tưởng. Với quan niệm như vậy sẽ có sơ đồ đơn giản, dễ tính, nhưng sẽ cho kết quả nội lực không chính xác.
Kể đến sự không lý tưởng của nút (độ mềm của nút) sẽ làm phân phối lại nội lực của các cấu kiện khung chính xác hơn; khả năng chịu lực của cột trong khung cũng sẽ khác đi, tương ứng với sự khác đi của chiều dài tính toán cột. Hiện nay nhà nước ta cho phép thiết kế công trình không chỉ bằng TCVN mà có thể tiến hành theo một số tiêu chuẩn thiết kế khác nữa; phổ biến nhất là dùng tiêu chuẩn Mỹ (AISC) và tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 3). Vì vậy nhằm làm rõ quy trình, so sánh phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột trong khung theo các tiêu chuẩn TCVN, AISC và EC3 và xem đây như một tài liệu hướng dẫn tính toán, nhằm giúp các kỹ sư thiết kế có một trình tự, hướng đi đúng và tiện lợi.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính là tìm hiểu các quy định, các quy phạm, các tài liệu hướng dẫn của tiêu chuẩn Mỹ (AISC), tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 3) và tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5575:2012) về phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột trong khung thép. Từ các giá trị kết quả chiều dài tính toán của cột trong khung, qua đó có sự so sánh cụ thể, tìm ra sự khác biệt giữa các tiêu chuẩn nước ngoài với TCVN để định hướng, tìm hiểu cách ứng xử của cột trong khung phù hợp với điều kiện sử dụng trong thực tế hơn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: là cột chịu nén trong khung thông dụng bằng thép, tiết diện đặc, chịu tải trọng tĩnh. Các phương án khung thép khảo sát, so sánh có liên kết giữa dầm – cột là nút cứng, nút nửa cứng, liên kết giữa cột với nền móng là ngàm hoặc khớp.
Phạm vi nghiên cứu: là hệ thống quy phạm, các tài liệu hướng dẫn của TC Mỹ (AISC), TC Châu Âu (Eurocode 3) và TC Việt Nam (TCVN 5575:2012) về phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột trong khung thép. Tiến hành tính toán các ví dụ bằng số để minh họa cách tính, trình tự tính; nhận xét về phương pháp xác định, so sánh các giá trị kết quả tính toán.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp tính toán tiên tiến hiện nay của TC Mỹ (AISC), TC Châu Âu (Eurocode 3) về phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột trong khung thép; đối chiếu với cách xác định theo TCVN 5575:2012 để có kết luận sơ bộ và nhận xét, kiến nghị.
* Kết quả nghiên cứu đạt được
Trong thực tế xây dựng kết cấu khung thép thường gặp những kiểu liên kết khác giả thiết liên kết giữa dầm – cột là cứng hoặc khớp, việc xác định hệ số chiều dài tính toán của cột trong khung đối với các kiểu liên kết khác giả thiết cứng hoặc khớp vẫn chưa được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam. Vì vậy kết quả nghiên cứu cách xác định chiều dài tính toán của cột trong khung theo TC Mỹ (AISC), TC Châu Âu (Eurocode 3) có thể dùng để tham khảo khi thiết kế khung thép đặc biệt đối với các liên kết nửa cứng (liên kết đàn hồi).
5. Bố cục luận văn
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về sự làm việc và tính toán khung thép.
Chương 2: Nguyên lý tính toán xác định chiều dài tính toán của cột thép trong khung theo quy định của một số Tiêu chuẩn thiết kế (EC3; AISC; TCVN).
Chương 3: Một số ví dụ bằng số về phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột trong khung thép.
Kết luận, kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC VÀ
TÍNH TOÁN KHUNG THÉP
1.1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU KHUNG THÉP
1.1.1. Sơ lược tình hình xây dựng công trình sử dụng kết cấu khung thép
1.1.2. Tính ưu việt khi sử dụng kết cấu khung thép, về kinh tế – kỹ thuật khi thiết kế, thi công khung thép
1.1.3. Tính ổn định của kết cấu khung thép
1.1.4. Giới thiệu chung về khung thép nhà công nghiệp
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ
1.2.1. Kết cấu khung ngang chịu lực
1.2.2. Hệ giằng mái, giằng cột
1.2.3. Dầm cầu trục
1.2.4. Kết cấu mái
1.2.5. Tường bao che
1.3. SỰ LÀM VIỆC VÀ TÍNH TOÁN NHÀ KHUNG THÉP NHẸ
1.3.1. Nguyên tắc thiết kế khung thép nhẹ
1.3.2. Tính toán khung phẳng
a) Cột liên kết khớp với móng b) Cột liên kết ngàm với móng
Hình 1.9. Sơ đồ tính khung ngang
1.4. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CỘT KHUNG THÉP
1.4.1. Chiều dài tính toán, độ mảnh của cột
a. Chiều dài tính toán của cột
(1.11)
Trong đó µ là hệ số chiều dài tính toán
b. Độ mảnh của cột tiết diện không đổi
λmax [λ] (1.15)
[λ]: độ mảnh giới hạn theo TC thiết kế kết cấu thép TCVN 5575: 2012.
1.4.2. Cột đặc chịu nén đúng tâm
Hình 1.13. Các dạng tiết diện chữ H của cột đặc
Hình 1.14. Các dạng tiết diện chữ thập của cột đặc
1.4.4. Tính toán cột đặc chịu nén đúng tâm
a. Tính toán về bền: (1.16)
b.Tính toán về ổn định tổng thể: (1.17)
c. Tính toán về ổn định cục bộ
– Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột:
(1.22)
– Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh:
(1.24)
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
– Kết cấu khung thép được sử dụng phổ biến tại Việt Nam hiện nay, trong đó thường dùng các cột, thanh chịu nén có chiều dài lớn. Do đó việc nghiên cứu ổn định và tính toán cột trong khung và công trình thép nói chung là cần thiết và có ý nghĩa thực tế.
– Chiều dài tính toán của cột có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn chiều dài hình học của nó; tùy thuộc vào liên kết ở 2 đầu cột, chiều dài tính toán cột đã được xác định rõ ràng theo tiêu chuẩn Việt Nam là khớp lý tưởng hoặc ngàm tuyệt đối; tuy nhiên sự lý tưởng của liên kết thực tế là không thể đạt được; liên kết thực sẽ nằm trong khoảng giữa khớp hoặc ngàm mà tiêu chuẩn chưa đề cập đến. Trong chương tiếp theo sẽ nghiên cứu và so sánh phương pháp xác định chiều dài tính toán của cột thép trong khung theo một số tiêu chuẩn thiết kế như TCVN, AISC và EC3 để phù hợp hơn trong thực tế
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG THEO QUY ĐỊNH CỦA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ (EC3; AISC; TCVN)
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN
Một cột hoặc thanh nén có chiều dài l, liên kết ở 2 đầu là bất kỳ; thì chiều dài tính toán của nó là chiều dài quy đổi về thanh có 2 đầu là khớp dài l0; mà ổn định của 2 thanh này là tương đương (lực tới hạn bằng nhau).
Về ý nghĩa vật lý, chiều dài tính toán của thanh có 2 đầu liên kết bất kỳ, chính là khoảng cách lớn nhất giữa 2 điểm uốn của trục thanh, được xác định từ lời giải của Euler trong bài toán ổn định hệ thanh:
2.2. TRÌNH TỰ TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN µ CỦA CỘT TRONG KHUNG THEO TIÊU CHUẨN TCVN 5575:2012
2.2.1. Sơ đồ tính, liên kết ở đầu cột và chân cột
2.2.2. Chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi hoặc các đoạn của cột bậc
2.2.3. Hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi (đứng độc lập)
2.2.4. Hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi, trong mặt phẳng khung, khi xà ngang liên kết ngàm với cột
a. Với khung có chuyển vị ngang khi chịu tải (tại các nút khung không có liên kết chống chuyển vị ngang) và tải trọng tại các nút như nhau: lấy theo Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi, trong hệ khung
| Sơ đồ tính của khung có chuyển vị ngang tự do | Công thức tính μ | Hệ số n và p | ||
| Một nhịp | Nhiều nhịp | |||
| (2.2) | ||||
| (2.3) | ||||
| Khi n ≤ 0,2 (2.4) Khi n > 0,2 (2.5) | Tầng trên cùng | |||
| Các tầng giữa | ||||
| Tầng cuối cùng | ||||
n1 = (Ib1lc)/(l1Ic); n2 = (Ib2lc)/(l2Ic);
p1 = (Ii1lc)/(l1Ic); p2 = (Ii2lc)/(l2Ic);
b. Với khung không có chuyển ngang khi chịu tải (các nút khung có liên kết chống chuyển vị ngang) và tải trọng tại các nút:
(2.6)
Với khung 1 tầng: ;
+ Đối với tầng trên cùng: ;
+ Đối với các tầng giữa: ;
+ Đối với tầng dưới cùng:;
Trong đó: p1, p2, n1, n2 lấy theo Bảng 2.2.
c. Đối với cột có tiết diện không đổi của khung, khi một đầu của cột liên kết khớp với xà ngang còn đầu kia ngàm với móng
d. Đối với nhà một tầng, có chuyển vị ngang, khi tải trọng tại nút, các cột không đều nhau, nhà có khối mái cứng hoặc có hệ giằng dọc nối đầu trên của tất cả các cột
e. Chiều dài tính toán của cột theo hướng dọc nhà (ngoài mặt phẳng khung
2.3. TRÌNH TỰ TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN K CỦA CỘT TRONG KHUNG THEO TIÊU CHUẨN AISC (MỸ)
2.3.1. Một số khái niệm cơ bản về liên kết trong kết cấu khung thép
a. Nhóm 1 – Liên kết cứng: hình c, f, g
b. Nhóm 2 – Liên kết khớp: hình a, b, h
c. Nhóm 3 – Liên kết đàn hồi (nửa cứng): hình e, d
Hình 2.3. Sơ đồ một số kiểu liên kết dầm và cột
2.3.2. Mô hình phần tử dầm liên kết đàn hồi theo phương pháp chuyển vị
2.3.3. Xác định hệ số chiều dài tính toán theo phương pháp biểu đồ
(a) Khung giằng (b) Khung không giằng
Hình 2.5. Các mô hình cho hệ số K của cột khung
Phương trình chuyển vị và hàm ổn định, thu được phương trình xác định hệ số chiều dài tính toán của cột khung như sau:
– Cho những cột trong khung giằng:
(2.11)
– Cho những cột trong khung không giằng:
(2.12)
Trong đó: GA và GB là tỉ số độ cứng của cột và dầm tại 2 điểm A và B (đỉnh cột và chân cột) của đoạn cột tương ứng được xét đến.
(2.13)
(2.14)
Phương trình (2.11) và (2.12) được thể hiện bằng biểu đồ trong Hình 2.6, chú ý rằng: với cột trong khung giằng 0,5 ≤ K ≤ 1,0; với cột trong khung không giằng 1,0 ≤ K ≤ . Với những chân cột được liên kết khớp với đế móng hoặc nền móng, theo lý thuyết G là vô cùng. Khi trong thiết kế thực tế có kể ma sát có thể lấy G bằng 10. Với những chân cột được liên kết ngàm cứng với đế móng hoặc nền móng thì lấy G = 1. (kể đến điều kiện không lý tưởng)
a) Khung giằng b) Khung không giằng
Hình 2.6. Biểu đồ hệ số chiều dài tính toán K cho cột khung
2.4. TRÌNH TỰ TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN Kcr CỦA CỘT TRONG KHUNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 3 (CHÂU ÂU)
Hình 2.7. Biến dạng của cấu kiện chịu nén trong khung cứng
a. Khung giằng; b. Khung không giằng
Hình 2.8. Sự phân phối hệ số cho cột
Hệ số chiều dài tính toán của cột là giao của giá trị η1, η2
– Đối với khung giằng có thể tính được từ Hình 2.9.
– Đối với khung không giằng có thể tính được từ Hình 2.10.
Hình 2.9. Biểu đồ để xác định hệ số chiều dài tính toán của cột
trong khung giằng
Hình 2.10. Biểu đồ để xác định hệ số chiều dài tính toán của cột
trong khung không giằng
Cho mỗi đoạn của cột liên tục, sử dụng mô hình như Hình 2.11 và nhận được hệ số phân phối η1 và η2 như sau
(2.33)
(2.34)
Trong đó: kc là hệ số độ cứng của cột I/L;
kij là hệ số độ cứng hiệu dụng của dầm tại nút i
k1 và k2 là hệ số độ cứng cho những chiều dài kế tiếp của đoạn cột đang xét.
Những công thức kinh nghiệm sau có thể được sử dụng thay thế cho giá trị lấy từ biểu đồ Hình 2.9 và Hình 2.10.
+ Với cột trong khung giằng
(2.35)
+ Với cột trong khung không giằng
kcr = (2.36)
Hình 2.11. Phân phối hệ số cho cột liên tục
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Việt Nam TCVN 5575:2012 chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn Nga và phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn hiện hành ở Việt Nam. Vì vậy, việc tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp tính toán kết cấu theo các hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến khác của nước ngoài như AISC (Mỹ), Eurocode 3 (Châu Âu) là cần thiết, để các kỹ sư thiết kế có thể tham khảo, nhằm hội nhập nhanh trong quá trình đổi mới các hệ thống tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam theo hướng tiên tiến.
CHƯƠNG 3
MỘT SỐ VÍ DỤ BẰNG SỐ VỀ PHƯƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG THÉP
3.1. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG PHẲNG VỚI CÁC NÚT KHUNG TUYỆT ĐỐI CỨNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN – VÍ DỤ 1.
a) Khung giằng b) Khung không giằng
Hình 3.1. Khung 2 tầng 2 nhịp – nút cứng
Bảng 3.1. Đặc trưng tiết diện các thanh trong khung
| Kích thước tiết diện | Thanh | Ix (cm4) | L (cm) | Ix/L (cm3) |
| AB, GH, BC, HI | 3640,80 | 400 | 9,10 | |
| DE, EF | 6627,22 | 400 | 16,57 | |
| BE, EH | 24052,58 | 500 | 48,11 | |
| CF, FI | 22727,47 | 500 | 45,45 |
Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả VD1
| Cột | Hệ số chiều dài tính toán | |||||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||||
| VN | Mỹ | Châu Âu | VN | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 0,573 | 0,702 | 0,566 | 1,035 | 1,2 | 1,065 |
| EF | 0,619 | 0,615 | 0,62 | 1,083 | 1,075 | 1,09 |
Bảng 3.3. Chênh lệch giá trị hệ số chiều dài tính toán của cột theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu so với TCVN (VD1)
| Cột | Chênh lệch | |||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||
| Mỹ | Châu Âu | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 22,5% | 1,22% | 16% | 2,89% |
| EF | 0,64% | 0,16% | 0,74% | 0,64% |
* Nhận xét:
– Kết quả tính toán cho thấy rằng: có sự tương đồng lớn giữa TCVN 5575: 2012 và tiêu chuẩn Eurocode 3.
– Riêng đối với tiêu chuẩn AISC, có sự khác biệt đáng kể đối với kết quả tính cho cột ED. Lý do dẫn đến khác biệt này là TC AISC quan niệm cột ED liên kết với móng là ngàm không tuyệt đối cứng – liên kết ngàm cứng không hoàn hảo. Với quan niệm này, kết quả hệ số chiều dài tính toán của cột ED tính được theo TC AISC lớn hơn kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại, thể hiện sự an toàn hơn khi tính toán thiết kế.
– Nếu theo TC AISC và quan niệm chân cột là ngàm tuyệt đối cứng thì kết quả cũng tương đồng với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại.
3.2. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG PHẲNG CÓ CHÂN NGÀM, CÁC NÚT KHUNG NỬA CỨNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN – VÍ DỤ 2
a) Khung giằng b) Khung không giằng
Hình 3.15. Sơ đồ tính chiều dài tính toán của cột ED, EF
– nút liên kết đàn hồi (VD2)
Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả VD2
| Cột | Hệ số chiều dài tính toán | |||||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||||
| VN | Mỹ | Châu Âu | VN | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 0,608 | 0,752 | 0,601 | 1,071 | 1,264 | 1,121 |
| EF | 0,844 | 0,845 | 0,86 | 2,250 | 2,225 | 2,264 |
Bảng 3.5. Chênh lệch giá trị hệ số chiều dài tính toán của cột theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu so với TCVN (VD2)
| Cột | Chênh lệch | |||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||
| Mỹ | Châu Âu | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 23,68% | 1,15% | 18% | 4,66% |
| EF | 0,11% | 0,02% | 0,01% | 0,62% |
* Nhận xét:
– Kết quả tính toán cho thấy rằng: có sự tương đồng lớn giữa TCVN 5575: 2012 và tiêu chuẩn Eurocode 3.
– Riêng đối với tiêu chuẩn AISC, có sự khác biệt đáng kể đối với kết quả tính cho cột ED. Lý do dẫn đến khác biệt này là TC AISC quan niệm cột ED liên kết với móng là ngàm không tuyệt đối cứng – liên kết ngàm cứng không hoàn hảo. Với quan niệm này, kết quả hệ số chiều dài tính toán của cột ED tính được theo TC AISC lớn hơn kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại, điều này thể hiện sự an toàn hơn khi tính toán thiết kế.
– Nếu theo TC AISC và quan niệm chân cột là ngàm tuyệt đối cứng thì kết quả cũng tương đồng với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại.
3.3. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT THÉP TRONG KHUNG PHẲNG CÓ CHÂN KHỚP, CÁC NÚT KHUNG NỬA CỨNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN – VÍ DỤ 3.
a) Khung giằng b) Khung không giằng
Hình 3.26. Sơ đồ tính chiều dài tính toán của cột ED, EF (VD3)
Bảng 3.6. Tổng hợp kết quả VD3
| Cột | Hệ số chiều dài tính toán | |||||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||||
| VN | Mỹ | Châu Âu | VN | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 0,844 | 0,835 | 0,86 | 2,134 | 1,825 | 2,264 |
| EF | 0,844 | 0,845 | 0,86 | 2,250 | 2,22 | 2,264 |
Bảng 3.7. Chênh lệch giá trị hệ số chiều dài tính toán của cột theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu so với TCVN (VD3)
| Cột | Chênh lệch | |||
| Khung giằng | Khung không giằng | |||
| Mỹ | Châu Âu | Mỹ | Châu Âu | |
| ED | 1,07% | 1,9% | 14,47% | 6,09% |
| EF | 0,12% | 1,9% | 1,33% | 0,62% |
* Nhận xét:
– Kết quả tính toán cho thấy rằng: có sự tương đồng lớn giữa TCVN 5575: 2012 và tiêu chuẩn Eurocode 3.
– Riêng đối với tiêu chuẩn AISC, có sự khác biệt đáng kể đối với kết quả tính cho cột ED. Lý do dẫn đến khác biệt này là: TCVN và EC coi chân D của cột ED là khớp hoàn toàn (chân xoay tự do); nhưng TC AISC thì quan niệm chân D của cột ED liên kết với móng là khớp không hoàn hảo, vì có kể đến ma sát làm cản trở xoay của chân này. Điều này, gần với thực tế hơn. Do vậy, kết quả hệ số chiều dài tính toán được dựa trên quan niệm này nhỏ hơn so với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại.
– Nếu theo TC AISC và quan niệm chân D là khớp hoàn hảo thì kết quả cũng tương đồng với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
TC Eurocode 3 cho hai cách xác định hệ số chiều dài tính toán kcr theo công thức và dựa vào biểu đồ. Hai cách này cho các kết quả tương tự nhau. Cách xác định theo công thức gọn hơn, dễ thực hiện hơn, đặc biệt là khi cần lập trình tính toán tự động. Kết quả bằng số về hệ số chiều dài tính toán theo EC không khác nhiều so với cách xác định theo TCVN. Tiêu chuẩn EC cho giá trị hơi lớn hơn, nghĩa là thiên về an toàn hơn.
TC AISC chỉ có một cách xác định hệ số chiều dài tính toán K là dựa vào biểu đồ. AISC có kể đến sự không lý tưởng của liên kết chân cột với móng (xét đến sự ngàm không tuyệt đối cứng hay sự khớp không hoàn hảo). Kết quả gần với sự làm việc thực tế hơn; sẽ thiên về an toàn khi chân cột là ngàm (giá trị tính được lớn hơn so với tính theo TCVN và EC), nhưng sẽ bất lợi hơn khi chân cột là khớp với móng (giá trị tính được bé hơn so với tính theo TCVN và EC); nhưng sự chênh lệch này là không nhiều.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Ổn định của cột phụ thuộc vào các đặc trưng của tiết diện cột, cách tác dụng lực lên cột, chiều dài hình học của cột và liên kết ở 2 đầu cột. Chiều dài tính toán của cột là chiều dài quy đổi của 1 cột có chiều dài L và 2 đầu liên kết khác khớp, về một thanh khác có 2 đầu là khớp, có chiều dài L0 = KL , mà ổn định của 2 thanh này là tương đương (nghĩa là có lực tới hạn bằng nhau). Tùy theo cách tác dụng lực nén và liên kết ở 2 đầu cột mà hệ số K nhận các giá trị khác nhau và có các cách xác định khác nhau.
Cột độc lập có liên kết ở 2 đầu được coi là lý tưởng. Điều kiện lý tưởng này khiến hệ số chiều dài tính toán K chỉ phụ thuộc vào cách liên kết ở 2 đầu. Giá trị của nó được xác định bằng các bài toán lý thuyết cơ học và giống nhau giữa các TCTK.
Cột trong khung bị ảnh hưởng bởi các cấu kiện cùng liên kết vào nút khung và bởi tính tổng thể của cột trong hệ kết cấu. Cách liên kết cấu kiện vào nút khung, sự cứng không đồng đều giữa các cấu kiện cùng tụ vào một nút, sự tự do hay bị ngăn cản chuyển vị của khung và các nút khung sẽ làm tính tuyệt đối cứng của nút khung bị vi phạm. Vì vậy không thể coi đầu cột tụ vào nút khung là cứng tuyệt đối hay khớp hoàn toàn như với đầu của cột độc lập. Đề tài này khảo sát sự không tuyệt đối của đầu cột trong khung thông qua cách xác định hệ số chiều dài tính toán K theo quy định của một số TCTK là TCVN, EC3 và AISC.
Để xác định chiều dài tính toán của cột trong khung, ngoài công việc cần làm như với cột độc lập là tính toán các đặc trưng của tiết diện cột; cần phải xét đến cột khảo sát nằm trong loại khung nào: khung giằng hay khung không giằng; Với mỗi đầu cột cần xem xét đến cách liên kết của đầu cột vào nút khung; cách liên kết và độ cứng đơn vị của các cấu kiện dầm, cột khác cùng tụ vào nút khung. Trình tự, công thức và biểu đồ tra cứu đã được giới thiệu cụ thể ở chương 2 và minh họa bằng ví dụ số ở chương 3.
Kết quả các khảo sát bằng số theo quy định của 3 TCTK nêu trên cho thấy rằng:
Hệ số chiều dài tính toán K theo quy định của các tiêu chuẩn là có cùng một cơ sở lý thuyết thống nhất, kết quả bằng số chênh lệch nhau không lớn. Tuy nhiên, hình thức tính toán có khác nhau do dựa vào các phương trình xấp xỉ nghiệm chính xác khác nhau.
Kết quả của các ví dụ tính toán ở chương 3 cho thấy rằng: việc xác định hệ số chiều dài tính toán cho cấu kiện chịu nén theo TCVN 5575:2012 và TC Eurocode 3 là chênh nhau không nhiều, có thể coi là tương đương nhau.
+ Trong trường hợp chân cột tựa ngàm với móng, kết quả tính theo TC AISC lớn hơn so với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại, do vậy tính theo AISC sẽ là an toàn hơn.
+ Trong trường hợp chân cột tựa khớp với móng, kết quả tính theo TC AISC bé hơn so với kết quả tính theo hai tiêu chuẩn còn lại, nghĩa là tính theo AISC sẽ ít an toàn hơn.
Trong thiết kế thực tế, việc sử dụng TCTK nào trong số 3 TC này, cũng đều đảm bảo tính chân thực và an toàn.
Theo các TCTK này, cả TCVN 5575:2012, TC Châu Âu Eurocode 3 và TC Mỹ AISC thì: để xác định chiều dài tính toán của cột trong khung phải xem xét cột khảo sát nằm trong khung giằng hay khung không giằng. Điều này cũng còn bất cập khi sử dụng, vì có trường hợp khung có thể là trung gian giữa hai loại khung này. Việc xác định hệ số chiều dài tính toán của cột theo các tiêu chuẩn cũng chỉ được thiết lập với hai trường hợp khá cụ thể là: Khung có các dầm và cột vuông góc với nhau, khung có chuyển vị ngang và khung không có chuyển vị ngang. TC chưa xét đến trường hợp cột nằm trong hệ khung không gian, không thể tự do chuyển vị, và có thể bị cản trở 1 phần; khung hoặc 1 phần của nó có hình dạng bất kỳ; ảnh hưởng của độ cứng sàn, ảnh hưởng của vùng cứng tại nút khung…
Với các khảo sát về trình tự, cách thức tiến hành; với các ví dụ minh họa bằng số trên đây, tác giả hy vọng rằng đề tài này sẽ là tài liệu tham khảo tốt trong học tập cho các sinh viên XDCT, cho các kỹ sư sử dụng khi thiết kế khung thép. Sử dụng kết quả này nhằm đánh giá chính xác hơn sự làm việc của cột thép trong hệ kết cấu, hoàn thiện dần việc tính toán, làm cơ sở để đạt được hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN (Nguyen Huy Quang)\LUAN VAN IN BAO VE
