2010-nganh xay dung cong trinh dd&cn-nguyen tran hieu

8/19/2019 2010-Nganh Xay Dung Cong Trinh DD&CN-Nguyen Tran Hieu

1/73

B GIÁO DC VÀ ÀO TO

TRƯ NG I HC XÂY D NG

Nguyn Trn Hiu

LIÊN KT BU LÔNGTRONG NHÀ CAO TNG

BNG THÉP

LUN VĂN THC S K THUT

Hà Ni – 2012


2/73

B GIÁO DC VÀ ÀO TO

TRƯ NG I HC XÂY D NG

Nguyn Trn Hiu

LIÊN KT BU LÔNGTRONG NHÀ CAO TNG

BNG THÉP

Chuyên ngành : Xây dng Công trình DD & CN

Mã s : 60.58.20

LUN VĂN THC S K THUT

Cán b hư ng dn: TS. Vũ Anh Tun

Hà Ni – 2012


3/73

i

Li cm ơn

u tiên, tôi xin ư c gi l i cm ơ n chân thành t i giáo viên hư ng dn ca

tôi: TS. Vũ Anh Tun, ngư i ã giúp tôi nh hư ng tài nghiên cu và tn tình

giúp tôi trong quá trình thc hin lun văn.

Tôi cũng xin ư c gi l i bit ơ n sâu sc t i các Thy, Cô ca trư ng i

hc Xây dng, nhng ngư i ã truyn t cho tôi nhiu kin thc b ích trong th i

gian hc tp ti trư ng.

Xin gi l i cm ơ n t i i ngũ k sư ti hai văn phòng thit k ca Công ty

Tư vn i hc Xây dng (CCU) và Công ty C phn Tư vn u tư xây dng và

ng dng công ngh m i (Vinaconex R&D) ã to iu kin cho tôi tip cn quá

trình thit k công trình Tòa tháp văn phòng Vietinbank, và s dng s liu thit k

trong lun văn ca mình.

Cui cùng, xin gi l i cm ơ n t i B M, gia ình, ngư i thân và bn bè ca

tôi, nhng ngư i ã luôn bên cnh tôi, khuyn khích, ng viên và to mi iu

kin thun l i nht cho tôi trong sut th i gian hc tp và thc hin lun văn.


4/73

ii

Mc lc

Trang ph bìa .........................................................................................................................................

L i cm ơ n ............................................................................................................................................. i

Mc lc .................................................................................................................................................. ii

Danh mc các ký hiu ...................................................................................................................... v

Danh mc các bng biu ............................................................................................................. viii

Danh mc các hình v, th ...................................................................................................... ix

M U ............................................................................................................................................... 1

CHƯƠNG I. I CƯƠNG V LIÊN KT BU LÔNGTRONG KT CU THÉP .................................................................................3

I.1. TNG QUAN V LIÊN KT KT CU THÉP ............................................3

I.1.1. Phân loi theo phươ ng pháp liên kt .......................................................3

I.1.1.1. Liên k t hàn ......................................................................................... 3

I.1.1.2. Liên k t bu lông .................................................................................4

I.1.1.3. Liên k t inh tán ...............................................................................4

I.1.2. Phân loi theo v trí liên kt và sơ kt cu ca liên kt ............5

I.2. LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ .........................................................................7

I.2.1. Gi i thiu chung ............................................................................................... 7

I.2.2. Công trình thc t ............................................................................................ 8

I.3. TIÊU CHUN THIT K KT CU THÉP AISC 2005 ..........................9

I.4. HƯNG NGHIÊN C U VÀ GII HN CA LUN VĂN ............... 10

I.5. I CƯƠNG V LIÊN KT BU LÔNG ........................................................ 11I.5.1. Bu lông .............................................................................................................. 11

I.5.2. Yêu cu v cu to trong liên kt bu lông ......................................... 12

I.5.2.1. L bu lông ......................................................................................... 12

I.5.2.2. B trí bu lông .................................................................................. 13

I.5.3. Kh năng chu lc ca bu lông ............................................................... 15

I.5.4. Kh năng chu lc ca cu kin ư c liên kt ................................. 16

I.5.4.1. TCXDVN 338:2005 ...................................................................... 16


5/73

iii

I.5.4.2. AISC 2005 ......................................................................................... 16

I.5.5. Nhn xét ............................................................................................................ 17

CHƯƠNG II. THIT K LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ ................................... 19

II.1. XÁC NH NI L C TRONG BU LÔNG ................................................. 19II.1.1. Liên kt chu lc dc hoc lc ct ....................................................... 19

II.1.2. Liên kt chu mômen ................................................................................. 20

II.1.2.1.Tính toán theo quan nim vùng bu lông h p ..................... 20

II.1.2.2. Tính toán xét n v trí và kích thư c nhóm bu lông ... 21

II.1.3. Liên kt chu lc lch tâm ....................................................................... 22

II.1.3.1. Phươ ng pháp àn hi c i n ................................................ 22

II.1.3.2. Phươ ng pháp tâm quay t c th i ............................................ 23

II.2. KIM TRA KH NĂNG CHU L C CA LIÊN KT ........................ 24

II.2.1. Kh năng chu lc ca cu kin ư c liên kt ............................... 25

II.2.1.1. Phá hoi c t ca bu lông ....................................................... .... 26

II.2.1.2. Phá hoi ép mt ca l bu lông ............................................. 26

II.2.1.3. Phá hoi c t kh i ca c u kin .............................................. 27

II.2.2. Kh năng chu lc ca bn mã .............................................................. 28

II.2.2.1. Phá hoi ch y d o ca ti t din không gim y u

( i v i c u kin chu kéo) ...................................................... 28

II.2.2.2. Phá hoi kéo t ca ti t din gim y u

( i v i c u kin chu kéo) ....................................................... 29

II.2.2.3. n nh ca bn mã

( i v i c u kin chu nén) ...................................................... 30

II.2.2.4. Phá hoi c t kh i ca bn mã ................................................ 33

II.2.2.5. Ki m tra bn mã trong tr ư ng h p chu l c t ng th . 34

II.2.3. So sánh ............................................................................................................ 37

II.3. QUY TRÌNH THIT K LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ

TRONG NHÀ CAO TNG KT CU THÉP ............................................ 38

II.4. YÊU CU B SUNG KHI THIT K NÚT LIÊN KT

CÓ KÍCH THƯC LN TRONG NHÀ CAO TNG ............................ 39


6/73

iv

II.5. VÍ D TÍNH TOÁN ................................................................................................ 40

II.5.1. D liu thit k ............................................................................................ 40

II.5.2. Vt liu ............................................................................................................. 41

II.5.3. Xác nh s lư ng bu lông ...................................................................... 41 II.5.4. Kim tra kh năng chu lc ca liên kt bn cánh ........................ 42

II.5.5. Kim tra kh năng chu lc ca bn mã ............................................ 43

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH LIÊN KT BNG

PHƯƠNG PHÁP PHN T H U HN ........................................... 45

III.1. GII THIU V PHN MM ABAQUS ................................................... 45

III.2. MÔ HÌNH HÓA NÚT LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ

TRONG PHN MM ABAQUS ...................................................................... 47

III.2.1. Cu kin trong liên kt ............................................................................ 48

III.2.2. Vt liu ....................................................... ..................................................... 48

III.2.3. Bu lông .......................................................................................................... 49

III.2.4. Ti trng và iu kin biên ................................................................... 51

III.2.5. Chia lư i phn t ....................................................................................... 52

III.2.6. Kt qu phân tích ...................................................................................... 53

III.1. SO SÁNH KT QU .............................................................................................. 54

III.3.1. Phươ ng pháp cng ng sut ................................................................. 54

III.3.2. Phươ ng pháp phn t hu hn ............................................................. 55

III.3.3. Nhn xét và ánh giá ............................................................................... 57

KT LUN ....................................................................................................................................... 59

1. KT LUN ....................................................................................................................... 59

1.1. V vic tính toán nút liên kttheo TCXDVN 338:2005 và AISC 2005 ........................................... 59

1.1. V vn nghiên cu nút theo phươ ng pháp phn t hu hn ... 59

2. HƯNG PHÁT TRIN CA TÀI ................................................................ 60

TÀI LIU THAM KHO ........................................................................................................... 61


7/73

v

Danh mc các ký hiu

Các công thc trong AISC 2005

φ H s sc kháng (dùng cho phươ ng pháp LRFD)

µ H s ma sát trư t trung bình

A Din tích tit din nguyên

Ag Din tích tit din nguyên

An Din tích tit din gim yu

Ab Din tích nguyên ca thân bu lông

An Din tích thc ca tit din phn ren răng (i v i bu lông)

Agv Din tích nguyên chu ct (cho hin tư ng ct khi)

Anv Din tích thc chu ct (cho hin tư ng ct khi)

Ant Din tích thc chu kéo (cho hin tư ng ct khi)

d ư ng kính bu lông hay ư ng kính l

E Mô un àn hi

Du H s t l lc xit bu lông trung bình so v i lc xit ti thiu

F u ng sut bn (kéo t) tiêu chun

F y ng sut chy tiêu chun

F u ng sut kéo t ca bu lông

F nv Cư ng ct danh ngh ĩ a ca bu lông

F nt Cư ng kéo danh ngh ĩ a ca bu lông

hsc H s l (k n nh hư ng ca loi l)

K H s chiu dài tính toán L Chiu dài cu kin chu nén

M Mômen

M P Mômen do

M u Mômen yêu cu (theo phươ ng pháp LRFD)

N Lc nén

N y Kh năng chu nén úng tâm (tính cho tit din nguyên)

N u Kh năng chu nén úng tâm (tính cho tit din thc)


8/73

vi

N s S mt trư t

P Lc nén

r Bán kính quán tính tit din

Rn bn danh ngh ĩ a (sc kháng danh ngh ĩ a) Ru bn yêu cu (theo phươ ng pháp LRFD)

t Chiu dày bn thép

t f Chiu dày bn cánh

t w Chiu dày bn bng

V Lc ct

U bs H s xét n s phân b ng sut kéo không u trong liên k t bu lông

W B rng tit din Whitmore

Các công thc trong TCXDVN 338:2005

b H s iu kin làm vic ca liên k t bu lông

A Din tích tit din nguyên

Ac Din tích tit din quy ư c

An Din tích tit din thc (gim yu) Abn Din tích tit din thc ca bu lông

d ư ng kính bu lông

E Mô un àn hi

f u Cư ng tiêu chun ca thép theo sc bn kéo t

f y Cư ng tiêu chun ly theo gi i hn chy ca thép

f Cư ng tính toán ca thép theo gi i hn chy

f cb Cư ng tính toán chu ép mt ca bu lông

f hb Cư ng tính toán chu kéo ca bu lông cư ng cao

f ub Cư ng kéo t tiêu chun ca bu lông

f vb Cư ng tính toán chu ct ca bu lông

f tb Cư ng tính toán chu kéo ca bu lông

M Mômen

n S lư ng bu lông trong liên k t

nv S lư ng mt ct tính toán ca bu lông


9/73

vii

N Lc nén

N bl Ni lc trong mt bu lông ơ n

[N]vb Kh năng chu ct ca mt bu lông ơ n

[N]cb Kh năng chu ép mt ca mt bu lông ơ n[N]tb Kh năng chu kéo ca mt bu lông ơ n

[N]b Kh năng chu trư t ca mt bu lông cư ng cao

P Lc nén

t Chiu dày bn thép

t f Chiu dày bn cánh

t w Chiu dày bn bng

V Lc ct

Mt s ký hiu v cưng và ng sut

σ ng sut pháp

τ ng sut tip

σ vM ng sut tươ ng ươ ng von Mises

µ H s Poisson


10/73

viii

Danh mc các bng biu

Bng I.1: ư ng kính l bu lông theo AISC 2005 (mm) .......................................13

Bng I.2: Quy nh v b trí bu lông theo TCXDVN 338:2005 .............................14

Bng I.3: Khong cách ti thiu t tâm l ngoài cùng n mép (mm) ...................15

Bng I.4: Giá tr tăng thêm khi dùng l rng và l rãnh .........................................15

Bng I.5: Công thc xác nh bn bu lông .........................................................16

Bng I.6: Công thc kim tra bn cu kin liên k t theo AISC 2005 .....................17

Bng II.1: So sánh gia TCXDVN 338:2005 và AISC 2005 .................................37

Bng II.2: D liu thit k ......................................................................................40

Bng II.3: Các c trưng cơ hc ca vt liu thép s dng ....................................41

Bng II.4: Kh năng chu lc ca bu lông ơ n .......................................................41

Bng II.5: Xác nh s lư ng bu lông .....................................................................42

Bng II.6: Kh năng chu lc ca liên k t bn cánh ...............................................42

Bng II.7: bn ct ca bn mã ...........................................................................44

Bng III.1: Kích thư c cu kin trong mô hình Abaqus ........................................48

Bng III.2: c trưng cơ hc ca vt liu ...............................................................49

Bng III.3: Giá tr ti trng nhp trong mô hình Abaqus .......................................52

Bng III.4: Kt qu tính toán theo phươ ng pháp cng ng sut .............................55

Bng III.5: Kt qu phân tích bng phn mm Abaqus ..........................................55


11/73

ix

Danh mc các hình v, th

Hình I.1: Liên k t hàn ...............................................................................................3

Hình I.2: Liên k t bu lông .........................................................................................4

Hình I.3: Liên k t inh tán ........................................................................................4

Hình I.4: Phân loi theo v trí liên k t .......................................................................5

Hình I.5: Mt s nút liên k t cng ............................................................................6

Hình I.6: Mt s nút liên k t kh p ............................................................................6

Hình I.7: Chi tit nút liên k t bu lông - bn mã ........................................................7

Hình I.8: Kt cu công trình tháp văn phòng VietinBank Tower .............................8

Hình I.9: Hình dng bu lông, êcu, vòng m ..........................................................11

Hình I.10: Hin tư ng ct khi ...............................................................................18

Hình II.1: Quan nim tính toán theo vùng bu lông hp ...........................................20

Hình II.2: Phươ ng pháp àn hi c in ..................................................................21

Hình II.3: Mt s ví d v liên k t chu lc lch tâm ..............................................22

Hình II.4: Liên k t ni bn bng dm ......................................................................22

Hình II.5: Tâm quay tc th i ...................................................................................23

Hình II.6: Các dng phá hoi ca cu kin liên k t .................................................25

Hình II.7: S làm vic chu ct ca bu lông ............................................................26

Hình II.8: Qu o ng sut và tit din Whitmore không gim yu .....................28

Hình II.9: Phá hoi kéo t ca tit din Whitmore gim yu ................................29

Hình II.10:Mt n nh vùng mép biên bn mã ......................................................

30

Hình II.11: Mt n nh vùng bn mã phía sau cu kin liên k t ............................31

Hình II.12: Chiu dài tính toán tit din Whitmore chu nén ..................................32

Hình II.13: Phươ ng pháp ơ n gin xác nh ng sut trong bn mã .......................32

Hình II.14: Mt s dng ct khi ca bn mã ..........................................................33

Hình II.15: Hin tư ng ct khi không hoàn toàn ...................................................34

Hình II.16: V trí mt ct nguy him khi bn mã chu lc tng th.........................35

Hình II.17: ng sut trong bn mã theo phươ ng pháp “dm ơ n gin” .................35


12/73

x

Hình II.18: Sơ khi quy trình thit k liên k t bu lông - bn mã........................38

Hình II.19: Sơ thí nghim liên k t bu lông - bn mã t l 1:1 ...........................39

Hình II.20: Thí nghim liên k t bu lông - bn mã t l 1:1

ti phòng thí nghim ca FHWA .........................................................40 Hình II.21: B trí bu lông trong liên k t ..................................................................42

Hình II.22: Mt ct kim tra kh năng chu ct ca bn mã ....................................43

Hình III.1: Phươ ng pháp phn t hu hn ...............................................................45

Hình III.2: Quá trình gii quyt bài toàn PTHH trong phn mm Abaqus .............47

Hình III.3: Biu ng sut - bin dng khi kéo

ca thép ASTM A572 cp cư ng 50 ..................................................49

Hình III.4: Mô hình bu lông bng phn t khi 3 chiu ..........................................50

Hình III.5: Sơ liên k t “abaqus fastener” ...........................................................50

Hình III.6: V trí ca liên k t “abaqus fastener” trong nút ......................................51

Hình III.7: Ti trng và iu kin biên ca nút liên k t ..........................................51

Hình III.8: Mô hình nút liên k t sau khi chia lư i phn t ......................................52

Hình III.9: Kt qu phân tích nút liên k t trong phn mm Abaqus .......................53

Hình III.10: Ph ng sut ca bn mã .....................................................................54

Hình III.11: Phươ ng pháp cng ng sut ................................................................54

Hình III.12: V trí mt ct nghiên cu .....................................................................55

Hình III.13: th ng sut ti mt ct nghiên cu

theo hai phươ ng pháp tính toán .............................................................57


13/73

- 1 -

M u

1. LÝ DO CHN TÀITrong ngành xây dng, k t cu thép ư c s dng ph bin. c bit, trong

các công trình nhà cao tng, k t cu thép th hin nhng ưu im vư t tri so v i

k t cu bê tông ct thép tryn thng. Vit Nam, k t cu thép nhà cao tng chưa

ư c s dng nhiu. Tuy nhiên, v i tc phát trin xây dng như hin nay, v i

các ưu im như gim trng lư ng bn thân, chu ti trng ng tt, th i gian thi

công nhanh, tăng din tích s dng… thì trong tươ ng lai, chc chn loi k t cu này

s ư c áp dng rng rãi.

Nút khung liên k t các cu kin như ct, dm, thanh ging… là b phn quan

trng trong công trình. Vic tính toán chính xác nút khung k t cu thép gi vai trò

quyt nh n s an toàn chu lc ca công trình.

Hin nay, tiêu chun thit k k t cu thép Vit Nam chưa cp c th n

vic tính toán ca liên k t này. Hơ n na, thc t cho thy nhng liên k t có kích

thư c l n áp dng trong nhà cao tng gp phi nhng vn mà tiêu chun chưa cp n. Vì vy vic nghiên cu phươ ng pháp thit k liên k t k t cu thép nhà cao

tng tr thành vn cn thit hin nay.

2. MC ÍCH NGHIÊN C U CA LUN VĂN

Mc ích nghiên cu ca lun văn là ưa ra ư c quy trình thit k thng

nht cho loi nút liên k t bu lông ã cp trên. ng th i, lun văn cũng nghiên

cu vic áp dng phươ ng pháp phn t hu hn vào vic mô phng s làm vic ca

nút liên k t.

3. I TƯ NG VÀ PHM VI NGHIÊN C U

i tư ng nghiên cu: Nút khung liên k t gm nhiu loi: ni ct, chân ct,

liên k t dm - ct, liên k t h ging. Ni dung lun văn tp trung vào nghiên cu

loi nút liên k t bu lông - bn mã.

Phm vi nghiên cu ca tài là nút liên k t bu lông - bn mã ca h ging

trong nhà cao tng bng thép.


14/73

- 2 -

4. CƠ S KHOA HC VÀ TH C TIN CA TÀI NGHIÊN C U

Nghiên cu trong lun văn da trên cơ s hai b Tiêu chun thit k k t cu

thép ca Vit Nam (TCXDVN 338:2005) và Hoa Kỳ (AISC 2005).

Phn nghiên cu áp dng phươ ng pháp phn t hu hn mô phng s làmvic ca nút da trên nhng kin thc cơ bn v cơ hc vt rn bin dng, lý thuyt

bin dng do và lý thuyt chung v phươ ng pháp phn t hu hn.

Bên cnh ó, nhng nghiên cu trong lun văn còn da vào nhng dng phá

hoi ca nút liên k t ã ư c ghi nhn trong thc t.


15/73

- 3 -

Chương I

i cương v liên kt bu lông

trong kt cu thép

I.1 TNG QUAN V LIÊN KT KT CU THÉP

Khung thép bao gm nhng cu kin ct thép, dm thép, ging thép. Nhng

cu kin riêng l này ư c liên k t v i nhau thông qua nút khung to nên mt

công trình hoàn chnh. Nút khung liên k t phi ư c tính toán và cu to m

bo ba yu t:

- Kh năng truy n l c gi a các c u kin

- m bo chính xác sơ k t c u (c ng, kh p,…)

- m bo yêu cu th m m .

- D d ng l p t và thun tin trong quá trình duy tuy và bo d ư ng

Hin nay, trong k t cu thép dùng ba phươ ng pháp liên k t chính là liên k thàn, liên k t bu lông và liên k t inh tán. Liên k t inh tán trư c ây khá ph bin,

hin nay gn như không ư c s dng na.

I.1.1 Phân loi theo phươ ng pháp liên kt

I.1.1.1 Liên k t hàn

Hình I.1: Liên k t hàn

Liên k t hàn (Hình I.1) hin nay chim vai trò ch yu trong k t cu thép. Liên

k t hàn có nhiu ưu im: gim công ch to và khi lư ng kim loi, hình thc cu

to liên k t ơ n gin, liên k t không ch bn mà còn kín.


16/73

- 4 -

Như c im ch yu ca liên k t hàn là do nh hư ng ca nhit cao trong

quá trình hàn gây bin hình hàn và ng sut hàn trong liên k t làm tăng tính giòn

ca vt liu. Do ó kh năng chu ti trng ng ca liên k t hàn kém hơ n so v i

liên k t bu lông và inh tán. Ngoài ra, liên k t hàn còn có như c im na là khókim tra cht lư ng ư ng hàn, th i gian thi công ư ng hàn lâu.

I.1.1.2 Liên k t bu lông

Hình I.2: Liên kt bu lông

Liên k t bu lông (Hình I.2) chu ư c ti trng ng nên ư c dùng ch to

dm cu trc nng, cu, ư ng st,… Liên k t bu lông rt thun tin khi tháo lp,

không cn máy móc và năng lư ng khi thi công nên còn ư c dùng trong các công

trình lp ráp, công trình tm, liên k t các chi tit trên cao.

Bên cnh ó, liên k t bu lông cũng có nhng như c im như: tn vt liu và

công ch to hơ n so v i liên k t hàn, liên k t không kín…

I.1.1.3 Liên k t inh tán

Hình I.3: Liên k t inh tán

Liên k t inh tán cũng có nhng ưu im và như c im ging liên k t bu

lông như chu ti trng ng tt, tn vt liu, tn công ch to, liên k t không kín.

Tuy nhiên liên k t inh tán còn có mt như c im na ó là khó thi công, không

th tháo r i sau khi ã liên k t.

Trư c ây liên k t inh tán thư ng ư c dùng trong các nút cu thép nhưngngày nay ngư i ta ã thay th liên k t inh tán bng liên k t bu lông cư ng cao.


17/73

- 5 -

Vic la chn phươ ng pháp liên k t cn phi tha mãn ng th i c hai iu

kin: chu lc và thun tin trong thi công. i v i công trình nhà cao tng s dng

k t cu thép, thông thư ng gii pháp ư c ưa ra là: ch to các cu kin hàng lot

trong nhà máy trong ó s dng liên k t hàn (vì ti nhà máy có iu kin kimtra cht lư ng ư ng hàn). Sau ó nhng cu kin này ư c mang ra ghép ni ngoài

công trư ng bng liên k t bu lông.

I.1.2 Phân loi theo v trí liên kt và sơ kt cu ca liên kt

Ngoài phân loi theo vt liu liên k t, ngư i ta còn phân loi liên k t cu thép

theo v trí ca liên k t và sơ k t cu ca liên k t.

Da theo v trí ca liên k t, ngư i ta phân ra các loi liên k t: liên k t ni ct

(Hình I.4a), liên k t chân ct (Hình I.4b), liên k t ni dm - ct (Hình I.4c), liên k t

thanh bng ca h ging ng v i ct và dm (Hình I.4d).

(a) (b)

(c) (d)

Hình I.4: Phân loi theo v trí liên k t

Bên cnh ó, căn c vào sơ k t cu, liên k t gm có: liên k t cng, liên k t

kh p, liên k t na cng. Vic phân loi này ch yu da trên quan h gia mômen

un và góc xoay ca cu kin.


18/73

- 6 -

Hình I.5: Mt s nút liên k t cng

Hình I.6: Mt s nút liên k t kh p


19/73

- 7 -

I.2 LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ

I.2.1 Gi i thiu chung

Mt th thách i v i k sư k t cu khi thit k nhà cao tng là ti trng ngang

như ti trng gió, ti trng ng t. Trong nhà cao tng k t cu thép, k t cu chu

ti trng ngang ch yu là h ging ng. ó là các dàn thép phng hoc không

gian ư c to thành t các ct, dm và các thanh ging xiên. Tit din thanh ca h

ging thép thư ng dùng hai thép góc, hoc dùng dng hp rng, dng ng tròn. Khi

lc dc trong thanh l n, dùng tit din là thép hình I, [ hoc dng hp t h p hàn t

các thép bn.

Trong các nút khung ging thư ng có nhiu hơ n hai cu kin liên k t v i

nhau, trong ó có nhiu cu kin theo phươ ng xiên. Vic liên k t mt cách trc tip

các cu kin rt khó khăn. Khi ó, các bn mã ư c s dng truyn lc t cu

kin này sang cu kin kia.

Hình I.7: Chi tit nút liên k t bu lông - bn mã


20/73


21/73

- 9 -

Sơ b k t cu công trình như sau: tòa tháp 68 tng có chiu cao 365m. Mt

bng công trình hình tam giác, gm 3 lõi bê tông 3 góc, chính gia công trình là

h ging ng k t cu thép. Kt cu chu ti ng ca công trình gm h dm - sàn

liên h p và h ct biên bng k t cu thép (Hình I.8b).H ging ng ca công trình gm 03 ct liên h p thép - bê tông kích thư c

l n, dm và thanh bng xiên tit din dng hình hp t h p hàn kích thư c (b× h)

1000× 1000mm. Các cu kin trong h ging ng liên k t v i nhau bng bn mã và

bu lông cư ng cao như trong Hình I.8c.

Toàn b công trình ư c thit k theo Quy phm Hoa Kỳ có nhng b sung và

sa i cho phù h p v i iu kin xây dng ti Vit Nam, trong ó phn k t cu

thép ư c thit k theo Tiêu chun AISC 2005.

I.3 TIÊU CHUN THIT K KT CU THÉP AISC 2005

Không ging như Vit Nam các tiêu chun do B Xây dng ban hành và

ư c s dng thng nht trong c nư c, ti Hoa Kỳ, các tiêu chun do các ơ n v

khác nhau biên son và ư c s chp thun ca Vin tiêu chun Quc gia Hoa Kỳ.

Ví d: tiêu chun thit k bê tông ACI do Vin Bê tông Hoa Kỳ biên son, tiêu

chun MBMA do Hip hi các nhà sn xut nhà thép biên son, tiêu chun ASCE

do Hip hi k sư Hoa Kỳ ban hành. Vì th tên gi các tiêu chun cũng khác nhau:

mt s có tên gi là Tiêu chun (Code, Norms), mt s có tên gi là Quy phm

(Specification), trong lun văn s dng tên gi thng nht là Tiêu chun.

Tiêu chun AISC vit y là Specification for Structural Steel Buildings -

Quy phm k thut v nhà k t cu thép do Vin k t cu thép Hoa Kỳ ( American

Institute of Steel Construction) biên son. Trong các ln ban hành trư c ây, nguyên

lý tính toán và công thc ư c trình bày theo phươ ng pháp Thit k theo ng sut

cho phép (vit tt là ASD). Phiên bn Tiêu chun AISC ban hành năm 2005 bao

gm c hai phươ ng pháp ASD và phươ ng pháp Thit k theo h s ti trng và h

s sc kháng (LRFD). Hai phươ ng pháp trên có cách tính toán hoàn toàn ging

nhau, ch khác v h s an toàn, ngư i thit k có th la chn mt trong hai

phươ ng pháp. Trong khuôn kh lun văn, ngoài tr các trư ng h p c bit có ghi

chú c th, còn li tt c các công thc tính toán theo Tiêu chun AISC u ư ctrình bày dư i dng LRFD, h ơ n v SI ( N-mm).


22/73

- 10 -

I.4

HƯ NG NGHIÊN C U VÀ GI I HN CA LUN VĂN

T kinh nghim thu ư c trong quá trình thit k công trình tòa tháp

Vietinbank Tower nhn thy:

-

Liên k t bu lông - bn mã có r t nhi u v n cn tính toán và ki m tra.- N i dung tiêu chu n Vit Nam TCXDVN 338:2005 còn nhi u v n chư a

c p t i, r t khó áp d ng vào công tác thi t k i v i nh ng công trình

l n, có ph c t p cao.

- Tiêu chu n Hoa K ỳ AISC có ni dung t ươ ng i y , ã ư c áp d ng

thành công vào thi t k nhi u tòa tháp cao t ng trên th gi i.

- Do tính ch t quan tr ng ca các nút liên k t, cũng như s ph c t p v mt

chu l c, công tác thi t k không ch d ng vic ki m tra theo các i u kin

ã nêu trong tiêu chu n mà thông thư ng, các k sư còn mô hình các nút

theo phươ ng pháp phn t h u hn nghiên c u k hơ n tr ng thái ng su t

ca nút trong giai on chu l c.

Do nguyên lý tính toán cũng như dng công thc trình bày trong Tiêu chun

AISC khá khác bit so v i Tiêu chun Vit Nam vì th vic áp dng Tiêu chun

AISC vào thc t thit k i v i k sư Vit Nam còn nhiu khó khăn. Bên cnh ó,

vic mô hình hóa các liên k t theo phươ ng pháp phn t hu hn là mt ni dung

hoàn toàn m i trong công tác thit k .

Hư ng nghiên c u ca lun văn:

- Tìm hi u phươ ng pháp thi t k liên k t bu lông - bn mã theo hai b Tiêu

chu n TCXDVN 338:2005 và AISC 2005, t ó so sánh ư a ra quy trình

thi t k th ng nh t i v i loi liên k t bu lông - bn mã.

-

Nghiên c u cách phân tích nút liên k t b ng phươ ng pháp phn th h u hnvà so sánh k t qu phân tích v i phươ ng pháp tính toán th công truy n

th ng.


23/73

- 11 -

I.5

I CƯƠ NG V LIÊN KT BU LÔNG

I.5.1

Bu lông

Hình dng chung ca bu lông, ecu và long en (vòng m) cho trên Hình I.9.

Mũ, ecu ca bu lông thư ng có dng lc giá, long en hình tròn. Thân bu lông làmt on thép hình tr tròn gm phn ren và phn không ren. Kích thư c chi tit

ca bu lông có th tham kho các tiêu chun yêu cu v ch to bu lông.

Hình I.9: Hình dng bu lông, êcu, vòng m

Theo tiêu chun Vit Nam, v mt chu lc, bu lông ư c sp xp theo các cp

bn ký hiu 4.6 ÷ 10.9. Bên cnh ó, da theo cách sn xut, vt liu và tính cht

làm vic ca bu lông, ngư i ta chia bu lông thành các loi: bu lông thô, bu lông

thư ng, bu lông tinh, bu lông neo, bu lông cư ng cao.

Bu lông thô và bu lông thư ng ư c sn xut t thép cacbon, chính xác

thp. Loi bu lông này sn xut nhanh, giá thành r, d lp ráp nhưng cht lư ng

không cao, thư ng ch dùng chu kéo hoc nh v các cu kin khi lp ghép.

Bu lông tinh ư c làm t thép cacbon, thép h p kim thp bng cách tin,

chính xác cao. Do tính phc tp khi sn xut và lp t nên trong xây dng ít dùng

loi bu lông này.

Bu lông cư ng cao (CC) ư c làm t thép h p kim (40Cr, 38CrSi,...) sao

ó gia công bng nhit. Do cư ng cao nên khi lp ráp vn ecu rt cht, làm thân

bu lông chu kéo, gây lc ép l n lên bn liên k t. Lc truyn t cu kin này sang

cu kin khác trong liên k t bu lông CC ch yu do ma sát. Bu lông CC ư c s

dng rng rãi trong k t cu nhà thép và cu thép.

Tiêu chun AISC chia bu lông thành hai loi: bu lông thư ng và bu lông

cư ng cao (CC).


24/73

- 12 -

Bu lông thư ng ư c ch to t thép cacbon thp như ASTM A307, ư c

dùng ch yu trong các k t cu nh, k t cu th yu như: cu kin ging, xà g,

dm tư ng, dàn nh.

Bu lông CC ư c ch to t thép cacbon cư ng trung bình ASTM A325hoc thép h p kim thp ASTM A490.

Tiêu chun AISC 2005 dành toàn b mc J3 chươ ng J trình bày v liên k t

bu lông. Ngoài ra, vic thit k bu lông cư ng cao còn cn phi tuân theo Quy

phm v mi ni s dng bu lông A325 và A490 (Specification for structural joint

using ASTM A325 or A490 bolts) ca Hi ng nghiên cu v liên k t k t cu

(Research council on structural connections).

Bu lông thông thư ng chu kéo hoc chu ct. Loi liên k t mà trong ó, bu

lông chu ct còn bn mã chu ép mt gi là liên k t tì ép. Như c im ca loi liên

k t này là s trư t. Trong các liên k t quan trng và chu ti trng ng thư ng

không cho phép s trư t, khi ó ngư i ta s dng n loi liên k t ma sát. Trong

loi liên k t này, bu lông CC ư c xit n mt lc xit nht nh l n to

lc ép mt và lc ma sát gia các b mt tip xúc, lc ư c truyn nh hơ n lc có

th gây trư t nên s không có lc trư t.

Tiêu chun AISC quy nh lc xit bu lông trong liên k t ma sát phi bng

70% lc kéo t ti thiu. Giá tr c th lc căng trư c ti thiu ca bu lông cư ng

cao ư c cho trong bng J3.1-AISC 360-05 2005 [6].

I.5.2

Yêu cu v cu to trong liên kt bu lông

I.5.2.1

L bu lông

(i) TCXDVN 338:2005

ư ng kính, dung sai cho phép khi ch to ca l bu lông ư c quy nh trongTCXDVN 170:2007 - Kt cu thép - Gia công, Lp ráp và Nghim thu - Yêu cu k

thut. Tiêu chun Vit Nam không có quy nh c th cho l dài (l ôvan).

(ii) AISC 2005

Tiêu chun AISC 2005 quy nh bn loi l ư c s dng trong liên k t bu

lông là: l chun, l rng, l rãnh ngn và l rãnh dài.

L chun có ư ng kính l n hơ n ư ng kính thân bu lông t 2 n 3mm và có

th dùng cho mi loi liên k t.


25/73

- 13 -

L rng có ư ng kính l n hơ n ư ng kính thân bu lông t 4 n 8mm thư ng

ch dùng trong liên k t không trư t.

L rãnh ngn và l rãnh dài có chiu rng theo mt phươ ng ging như loi l

chun nhưng theo phươ ng còn li thì l n hơ n. Loi l này dùng cho nhng liên k tmà sai s theo mt phươ ng là rt l n so v i nhng phươ ng còn li. Khi chu lc

vuông góc v i phươ ng rãnh, loi l này có th dùng cho mi liên k t ging như v i

l chun. Nu chu lc theo các phươ ng khác, nó ch dùng cho liên k t không trư t.

Bng I.1 qui nh ư ng kính l l n nht ng v i các ư ng kính bu lông khác

nhau. Riêng i v i bu lông neo có th s dng ư ng kính l l n hơ n d dàng

trong quá trình lp dng do sai s khi t bu lông neo vào bê tông móng thư ng l n.

Bng I.1: ư ng kính l bu lông theo Tiêu chun AISC 2005 (mm)

ư ng kính bu lông L chun L rng L rãnh ngn L rãnh dài

M16 18 20 18×22 18×40

M20 22 24 22×26 22×50

M22 24 28 24×30 24×55

M24 27 30 27×32 27×60

M27 30 35 30×37 30×67

M30 33 38 33×40 33×75

≥ M36 d +3 d +8 (d +3) (d +10) (d +3) (2,5d )

I.5.2.2

B trí bu lông

Mi tiêu chun v k t cu thép u qui nh khong cách nh nht và khong

cách l n nht gia các bu lông. Khong cách nh nht nhm m bo bn ca

bn thép và không gian tôi thiu vn bu lông. Khong cách l n nht m bo

n nh ca phn bn thép gia hai bu lông (i v i cu kin chu nén) và cht

ca liên k t, tránh nư c, hơ i, bi bn lt vào liên k t gây ăn mòn thép.

(i) TCXDVN 338:2005

Các khong cách quy nh b trí bu lông theo TCXDVN 338:2005 ư c

cho trong Bng I.2.


26/73

- 14 -

(ii)

AISC 2005

Khong cách gia hai tâm bu lông i v i l chun, l rng, l rãnh ngn

không ư c nh hơ n 22 / 3 ln ư ng kính thân bu lông. Nên chn khong cách nh

nht bng 3 ln ư ng kính thân bu lông.Khong cách nh nht t tâm l ngoài cùng n mép ca cu kin ư c qui

nh trong Bng I.3. i v i l rng và l rãnh, khong cách nh nht theo phươ ng

chu lc l n hơ n i v i loi l chun mt lư ng qui nh trong

Bng I.4. Theo phươ ng vuông góc v i phươ ng chu lc, khong cách nh nht

i v i mi loi l u ging nhau.

Bng I.2: Quy nh v b trí bu lông theo TCXDVN 338:2005

Gi a tâm hai bulông theo hư ng b t k ỳ:

a) Nh nht 2,5d

b) L n nht trong các dãy biên khi không có thép góc vin, chu kéo

và chu nén.

8d hoc 12t

c) L n nht trong các dãy gia và các dãy biên khi có thép góc vin:

– Khi chu kéo

– Khi chu nén

16d hoc 24t

12d hoc 18t Kho ng cách t tâm bulông én mép c a c u ki n:

a) Nh nht dc theo lc

b) Nh nht khi vuông góc v i lc:2d

– Khi mép ct

– Khi mép cán

1,5d

1,2d

c) L n nht

d) Nh nht i v i bulông CC khi mép bt k ỳ và hư ng bt k ỳ

4d hoc 8t

1,3d

Ghi chú: Trong các c u kin liên k t làm b ng thép có gi i hn ch y cao hơ n 380N/mm , khong cách nh

nh t gi a tâm hai bulông là 3d.

Các ký hiu dùng trong bng:

d – ư ng kính l bulông;

t – chi u dày mng hơ n ca các c u kin ngoài.


27/73

- 15 -

Bng I.3: Khong cách ti thiu t tâm l ngoài cùng n mép (mm)

ư ng kính bu lông Theo phươ ng chu l cTheo phươ ng vuông góc

v i phươ ng chu l c

M16 28 22

M20 34 26

M22 38 28

M24 42 30

M27 48 34

M30 52 38

M30 64 46

> M36 1,75d 1,25d

Bng I.4: Giá tr tăng thêm khi dùng l rng và l rãnh

ư ng kính bu lông L rng L rãnh ngn L rãnh dài

≤ 22 2 3

0,75d 24 3 3

≥ 27 3 5

Khong cách l n nht t tâm bu lông ngoài cùng n mép không ư c l n hơ n

12 ln chiu dày bn thép và không vư t quá 150mm. Khong cách ti a gia các

bu lông ư c qui nh như sau:

- V i thép có sơ n chng g hoc thép không g, khong cách l n nht gia các

tâm l bu lông không vư t quá 24 ln chiu dày bn thép mng nht trong

các bn thép ư c liên k t và không quá 305mm.

- V i thép không ư c sơ n chng g, khong cách này là 14 ln chiu dày bn

thép móng nht và không quá 180mm.

I.5.3

Kh năng chu l c ca bu lông

Tiêu chun TCXDVN 338:2005 và Tiêu chun AISC 2005 u cp n ba

loi bn ca bu lông: bn chu ct ( bn chu trư t i v i bu lông CC),

bn chu ép mt ca l bu lông và bn chu kéo. Các công thc xác nh bn c th ư c th hin trong Bng I.5 thun tin cho vic so sánh.


28/73

- 16 -

Bng I.5: Công thc xác nh bn bu lông

TCXDVN 338:2005 AISC 2005 LRFD

b n ch u c t [6.9]

[ ] γ = vb b vvb N f An

[J3-1]

=n nv b R F A ; 0,75φ =

b n ch u ép

m t c a l bu lông

[6.10]

[ ] γ = ∑cb bcb N f d t

[J3-6]

1,2 2,4= ≤n c u u

R L tF dtF ; 0,75φ =

b n ch u kéo [6.11]

[ ] = tb bntb N f A

[J3-1]

=b

n u n R F A ; 0,75φ =

b n ch u trư t

c a liên k t C C

[6.13]

[ ] 12

γ µ

γ =

hb b bn

bb

f A N

[J3-4]

=n u sc b s R D h T N ; 0,85φ =

M t s tr ư ng h p c bit có th tham kho thêm trong Tiêu chu n.

I.5.4

Kh năng chu l c ca cu kin ư c liên kt

Trong quá trình thit k liên k t, không ch cn kim tra kh năng chu lc ca

bu lông mà còn cn kim tra kh năng chu lc ca các cu kin liên k t. Thut ng cu kin liên k t ây ư c s dng ch c nhng cu kin ư c liên k t vào nút

như ct, dm, thanh ging,... cũng như nhng cu kin dùng liên k t như bn mã,

bn bích, bn ni...

I.5.4.1 TCXDVN 338:2005

TCXDVN 338:2005 quy nh chung cn kim tra bn ca các bn thép ư c

liên k t theo tit din gim yu b i l bu lông. Do mt phn lc trư t ư c tip

nhn bng lc ma sát nên din tích tit din gim yu ư c tính như sau:

Khi chu ti trng ng: bng din tích thc An

Khi chu ti trng t ĩ nh: bng tit din nguyên A nu An ≥ 0,85 A;

bng tit din quy ư c Ac=1,18 An nu An < 0,85 A

I.5.4.2 AISC 2005

Các cu kin ư c liên k t (ct, dm, thanh ging) và các cu kin dùng

liên k t (bn mã, bn bích, thép góc,...) u cn ư c kim tra bn ti v trí liên k t.


29/73

- 17 -

Bng I.6: Công thc kim tra bn cu kin liên k t theo AISC 2005

bn cu kin Công th c Chi tit H s an toàn

bn kéo

- chy do J4-1 Rn = F y Ag φ = 0,90

- kéo t J4-2 Ru = F u An (An ≤ 0,85Ag) φ = 0,75

bn ct

- chy do J4-3 Rn = 0,6 F y Ag φ = 0,90

- kéo t J4-4 Ru = 0,6 F u Anv φ = 0,75

bn ct khi J4-5 Ru = 0,6 F u Anv + U bsF u Ant φ = 0,75

bn nén J4-6 KL/r ≤ 25: Pn = F y Ag KL/r > 25: [6] Chươ ng E

I.5.5

Nhn xét

Quy nh ư ng kính l bu lông chun theo AISC tươ ng t như theo

TCXDVN (l n hơ n ư ng kính thân bu lông t 2 - 3mm). Tiêu chun TCXDVN

không có quy nh v l rng, l rãnh.

Hai b tiêu chun TCXDVN 338:2005 và AISC 2005 u có quy nh v b

trí bu lông trong liên k t nhưng các giá tr c th quy nh trong AISC 2005 l n hơ n

quy nh trong TCXDVN.

TCXDVN 338:2005 AISC 2005

Ti thiu gia các tim l 2,5d 22 / 3 d

Ti thiu tim l n mép bn thép 1,5d (1,7 - 1,75)d

Ti a gia các tim l 16d hoc 24t 24t và < 305mm

Ti a t tim l n mép bn thép 4d hoc 8t 12t và < 150mm

Kh năng chu ct, chu trư t và chu kéo ca bu lông ư c tính bng công

thc tươ ng t như nhau trong c hai tiêu chun. Riêng kh năng chu ép mt tính

theo công thc TCXDVN ch ph thuc vào chiu dày bn thép và ư ng kính bu

lông còn theo AISC thì ph thuc vào chiu dày thép cơ bn và khong cách hai

mép l (nhưng không quá hai ln ư ng kính bu lông). V mt ý ngh ĩ a cơ hc ca


30/73

- 18 -

hai công thc là như nhau nhưng tiêu chun Vit Nam ly khong cách hai mép l

ti thiu bng 2d .

V vn kim tra bn thép liên k t, tiêu chun Vit Nam ch yêu cu kim

tra iu kin bn theo tit din gim yu v i cư ng tính toán f tc là vn kim tratrong gi i hn àn hi.

AISC 2005 kim tra bn ct và kéo ca các cu kin liên k t theo hai trng

thái gi i hn: trng thái gi i hn v chy do kim tra v i tit din nguyên, trng

thái gi i hn kéo t kim tra v i tit din gim yu.

Hơ n th na, AISC 2005 còn ưa ra quy nh kim tra bn chu nén và

bn ct khi. Khái nim bn ct khi là mt khái nim m i chưa ư c nêu ra

trong tiêu chun Vit Nam.

Hình I.10: Hin tư ng ct khi

Bn cht ca hin tư ng ct khi là s phá hoi ca phn t liên k t dc theo

mt phng song song v i lc (do ct) và mt phng vuông góc v i lc (do kéo). Vì

th trong công thc xác nh bn ct khi có hai thành phn: 0,6F u Anv - bn

phn tit din chu ct; F u Ant - bn phn tit din chu kéo.


31/73

- 19 -

Chương II

Thit k liên kt bu lông - bn mã

Ni dung tiêu chun thit k các nư c thư ng không th cp ht ư c tt

c các vn mà ch mang tính nh hư ng chung, t ó áp dng cho tng trư ng

h p c th. i v i liên kt bu lông - bn mã cũng vy, mc dù không ư c trình

bày c th trong tiêu chun nhưng da trên ni dung tiêu chun có th ra phươ ng

pháp tính toán liên kt này.

Thông thư ng vic thit k mt liên kt bu lông gm các bư c cơ bn sau ây:

- Xác nh b n ca mt bu lông ơ n.

- Xác nh s lư ng bu lông cn thi t.

- B trí bu lông trong liên k t.

- Xác nh l c tác d ng vào t ng bu lông.

- Ki m tra li kh năng chu l c ca các c u kin trong liên k t.

Vic xác nh bn ca mt bu lông ơ n cũng như b trí bu lông trong liênkt cn tuân theo các quy nh ã nêu trong Chươ ng I. Ni dung Chươ ng II tp

trung vào hai vn chính trong quá trình thit k liên kt bu lông, ó là: xác nh

ni lc trong bu lông và kim tra kh năng chu lc ca các cu kin trong liên kt

(bao gm kh năng chu lc ca bu lông, ca cu kin ư c liên kt và ca bn mã),

t ó ưa ra mt quy trình thit k c th i v i liên kt bu lông - bn mã.

II.1 XÁC NH NI L C TRONG BU LÔNG

II.1.1 Liên kt chu l c dc hoc l c ct

Trong liên kt chu lc dc hoc lc ct t úng tâm, trong bài toàn thit k

thông thư ng có th coi ni lc trong tt c các bu lông là bng nhau. Do ó, ni lc

trong mt bu lông ơ n bng:

bl

P N

n= (II.1)

trong ó:P

- lc dc hoc lc ct trong liên ktn - s lư ng bu lông trong liên kt


32/73

- 20 -

II.1.2

Liên kt chu mômen

Các liên kt chu mômen thư ng ư c cu to b cao vùng liên kt (khong

cách hai hàng bu lông ngoài cùng) l n hơ n nhiu so v i b rng vùng liên kt

(khong cách hai ct bu lông ngoài cùng). Liên kt bu lông có cách b trí như trênư c gi là “vùng bu lông hp“. Mt cách gn úng ngư i ta coi rng ni lc trong

các bu lông trong cùng mt hàng là bng nhau. Thc t thit k cho thy quan nim

này ch phù h p áp dng cho nhng liên kt có kích thư c nh. i v i nhng

liên kt kích thư c l n thư ng gp trong nhà cao tng, quan nim thit k này gp

phi sai s l n.

II.1.2.1

Tính toán theo quan ni m vùng bu lông h p

Như ã trình bày trên, gn úng coi rng ni lc trong các bu lông trên cùng

mt hàng là bng nhau. Và như vy trong tính toán, coi như mômen cân bng v i

tng các cp ngu lc tác dng lên nhng hàng bu lông nm i xng nhau qua trc

ca liên kt.

i i M N l= ∑ (II.2)

trong ó: N i - lc tác dng lên hàng bu lông th i

li - cánh tay òn ca cp ngu lc N i

Hình II.1: Quan nim tính toán theo vùng bu lông hp

Gi s lư ng bu lông trên mt hàng mt phía ca liên kt là m, ta có lc tác

dng lên mt bu lông hàng th i:

2 M ii

i

Ml N

m l=

∑ (II.3)

Khi liên kt chu ng th i c mômen M và lc ct V :


33/73

- 21 -

V

i

V N

n= (II.4)

trong ó n - s lư ng bu lông trên mt na liên kt

Ni lc trong bu lông:

( ) ( )2 2

M V

i i i N N N = + (II.5)

iu kin áp dng nhng công thc trên là khong cách hai hàng bu lông

ngoài cùng l n hơ n t 2 ÷ 3 ln khong cách hai dãy bu lông ngoài cùng ca mt

na liên kt. Bên cnh ó, công thc trên cũng ch có th áp dng cho nhng liên

kt i xng nhau qua trc liên kt.

II.1.2.2

Tính toán có xét n v trí và kích thư c nhóm bu lôngPhươ ng pháp da trên gi thit quan h gia ni lc trong bu lông và bin

dng là quan h tuyn tính, vì th mà phươ ng pháp tính toán ni lc bu lông này

ư c gi là phươ ng pháp “àn hi“.

Hình II.2: Phươ ng pháp àn hi c in

T gi thit trên và xét cân bng mômen ti tâm quay (trùng v i trng tâm

nhóm bu lông), ta có h phươ ng trình:

i i M N r = ∑ (II.6)

1 2

1 2

... i

i

N N N

r r r = = = (II.7)

T (II.6) và (II.7), sau khi bin i, ta có lc tác dng vào bu lông th i

2i

i

i

Mr N

r =

∑ (II.8)

Cách tính toán trên có th áp dng tính toán i v i liên kt bu lông có b trí phc tp, không cn thit phi b trí i xng.


34/73


35/73

- 23 -

V Me N N N = +

uur uuur uuuur

(II.9)

Trong phươ ng pháp này coi bn mã liên kt là cng, không b bin dng trong

quá trình chu lc và b qua nh hư ng ca ma sát gia b mt các cu kin ư c

liên kt.

II.1.3.2

Phươ ng pháp tâm quay t c th i

Nhng thí nghim gn ây ch ra rng gi thit liên kt luôn quay quanh trng

tâm ca nhóm bu lông là không chính xác. Da vào kt qu thí nghim, mt phươ ng

pháp m i tính toán liên kt chu lc lch tâm ã ư c ra. Theo phươ ng pháp này,

v trí tâm quay không c nh mà thay i ph thuc vào kích thư c hình hc ca

nhóm bu lông cũng như hư ng và im t lc tác dng. Vì th phươ ng pháp này

ư c gi là “phươ ng pháp tâm quay t c th i“ .

Hình II.5: Tâm quay tc th i

Quan h gia ni lc và bin dng trong mt bu lông:

( )0.55101

ult R R e− ∆= − (II.10)

trong ó: R - lc ct trong mt bu lông

Rult - bn ct cho phép ca bu lông

∆ - tng bin dang (do ct, un và ép mt) ca cu kin liên kt


36/73

- 24 -

T iu kin cân bng, thit lp ư c ba phươ ng trình cân bng (ΣF X =0,

ΣF Y =0 và Σ M =0). Ta ca tâm quay tc th i và lc gây trư t ư c xác nh

bng phươ ng pháp lp.

Vic xác nh ta tâm quay tc th i bng phươ ng pháp lp yêu cu khilư ng tính toán nhiu, gii ư c bài toán cn s tr giúp ca máy tính in t.

Trong thc t thit k, xác nh bn cho phép ca nhóm bu lông khi chu lc

lch tâm, ngư i ta thư ng dùng phươ ng pháp tra bng. Các bng tra cho mt s

trư ng h p thư ng gp có th tham kho trong [7].

Nh n xét: Phươ ng pháp “tâm quay t c th i“ cho k t qu chính xác hơ n, tuy

nhiên vic tính toán t ươ ng i ph c t p, kh i lư ng tính toán l n. Phươ ng pháp àn

hi ơ n gin, d áp d ng như ng cho k t qu không chính xác do b qua nh hư ng

ca bi n d ng d o cũng như s phân ph i li ni l c trong nhóm bu lông.

II.2 KIM TRA KH NĂNG CHU L C CA LIÊN KT

Vic kim tra kh năng chu lc ca liên kt bao gm vic kim tra kh năng

chu lc ca cu kin (ct, dm, thanh ging xiên) ti v trí liên kt cũng như kim

tra kh năng chu lc ca các cu kin ư c dùng liên kt (bu lông, bn mã).

có cái nhìn tng quát hơ n v quy trình thit k theo TCXDVN 338:2005cũng như theo AISC 2005, trong mi phn s nêu công thc áp dng theo c hai

tiêu chun. Tuy nhiên có s khác bit trong cách kim tra theo hai tài liu nêu trên:

Cách kim tra kh năng chu lc ca liên kt trình bày trong các sách hư ng

dn thit k và giáo trình i hc v kt cu thép theo tiêu chun Vit Nam thư ng

là: xác nh lc trong tng bu lông riêng bit và so sánh giá tr lc l n nht v i kh

năng chu lc ca mt bu lông ơ n. Cách làm này trong mt s trư ng h p rt khó

áp dng (ví d trong trư ng h p s dng nhiu loi bu lông trong mt liên kt),

thm chí không phn ánh úng ý ngh ĩ a v mt cơ hc (c th xem mc II.2.1.2).

Trong các sách hư ng dn thit k theo AISC, vic kim tra bn ca liên

kt ư c tin hành bng cách ly tng bn ca c nhóm bu lông, sau ó so sánh

bn ó v i giá tr lc tác dng. Phươ ng pháp này có ưu im là phn ánh úng

s làm vic tng th ca liên kt và có th áp dng có tt c mi trư ng h p.


37/73

- 25 -

Vì th, thun tin cho vic so sánh, trong nhng phn sau, các công thc dù

da theo tiêu chun Vit Nam cũng như theo quy phm Hoa Kỳ u ư c trình bày

dư i dng:

bn ca liên kt = ΣΣΣΣ bn ca t ng cu kin riêng l

II.2.1 Kh năng chu l c ca cu kin ư c liên kt

có th kim tra ht các iu kin chu lc, trư c tiên cn xác nh các dng

phá hoi có th xy ra ca cu kin. i v i các cu kin ư c liên kt như ct,

dm, thanh ging xiên, có nhng dng phá hoi sau ây:

1.

Phá hoi c t ca bu lông.

2.

Phá hoi ép mt ca l bu lông.3.

Phá hoi c t kh i ca c u kin.

4.

Phá hoi b n ca bn thép vùng gi a hai l bu lông liên ti p.

5.

Phá hoi b n ca bn thép vùng gi a l bu lông cu i cùng và mép c u kin.

Hình II.6: Các dng phá hoi ca cu kin liên kt

Dng phá hoi th tư và th năm không cn thit phi kim tra do ã ư c

m bo b i các quy nh v khong cách b trí bu lông. Sau ây s ln lư t nghiên

cu tng dng phá hoi còn li.


38/73

- 26 -

II.2.1.1

Phá hoi c t c a bu lông

i v i tiêu chun Vit Nam có th s dng công thc:

[ ] [ ]lk vb

N N = ∑ (II.11)

trong ó: [ N ]lk - bn ct ca liên kt

[ N ]vb - bn ct ca mt bu lông ơ n

i v i tiêu chun AISC, công thc xác nh bn ct ca liên kt ư c

vit theo dng LRFD như sau:

S nP n Rφ = (II.12)

trong ó: PS - bn ct ca nhóm bu lông

Rn - bn ct danh ngh ĩ a ca mt bu lông ơ nφ - h s an toàn (i v i bn ct φ = 0,75)

n - s bu lông trong liên kt

i v i bu lông cư ng cao, vic kim tra hoàn toàn tươ ng t nhưng thay

bn ct ca bu lông ơ n bng bn trư t và h s an toàn φ = 0,85.

II.2.1.2 Phá hoi ép m t c a l bu lông

Trong liên kt bu lông chu ct, khi lc ct l n n mt giá tr nào ó s xy ra

s trư t. Giai on t lúc bt u tác dng lc n khi xy ra s trư t, lc ư c

truyn bng ma sát gia các b mt thép tm. Sau khi trư t, lc ct ư c truyn qua

s ép mt ca bu lông vào thành l. Nu như cư ng vt liu thép cơ bn thp

hơ n cư ng bu lông liên kt thì có th xy ra hin tư ng phá hoi ép mt l bu

lông trư c khi phá hoi ct bu lông.

Hình II.7: S làm vic chu ct ca bu lông

Như ã trình bày trong Chươ ng I, bn ép mt ca bu lông ơ n xác nh

theo tiêu chun Vit Nam ch ph thuc vào: cư ng ép mt tính toán, ư ng kính


39/73

- 27 -

bu lông và tng chiu dày nh nht các bn thép cùng trư t v mt phía. Do ó

bn ép mt ca tt c các bu lông trong liên kt u bng nhau, và bn ca liên

kt bng:

[ ] [ ]lk cb N N = ∑ (II.13)trong ó: [ N ]lk - bn ép mt ca liên kt

[ N ]cb - bn ép mt ca mt bu lông ơ n

Theo tiêu chun AISC, bn ép mt ca mt bu lông ơ n ph thuc vào b

dày thép cơ bn, cư ng ct ca tm và khong cách theo phươ ng lc t mép l

n mép l k tip (hoc mép cu kin). Vì th khi tính toán cn xét n hai trư ng

h p:

- i v i các hàng bu lông gia: bn ép mt ư c tính toán v i Lc bng

khong cách t mép l bu lông n mép l k tip.

- i v i hàng bu lông ngoài cùng: bn ép mt ư c tính toán v i Lc bng

khong cách t mép l n mép cu kin.

bn ép mt ca liên kt theo tiêu chun AISC:

( )1 21br col n col row nP n R n n Rφ φ = + − (II.14)

trong ó: Pbr - bn ép mt ca nhóm bu lông

Rn1 - bn ép mt danh ngh ĩ a ca 01 bu lông ơ n hàng ngoài cùng

Rn2 - bn ép mt danh ngh ĩ a ca 01 bu lông ơ n hàng gia

φ - h s an toàn (i v i bn ép mt φ = 0,75)

ncol - s bu lông trong mt hàng (s ct)

nrow- s hàng bu lông

II.2.1.3 Phá hoi c t kh i c a c u ki n

Tiêu chun Vit Nam không cp n vn kim tra phá hoi ct khi ca

cu kin.

Công thc kim tra ct khi theo tiêu chun AISC xem Chươ ng I. Trư ng h p

c bit khi lc gây ct khi theo phươ ng xiên, Astaned-Asl [8] ưa ra công thc

kim tra theo dng LRFD như sau:

2 2

1bsv bsh

V H

R Rφ φ

+ ≤

(II.15)


40/73

- 28 -

trong ó: V - thành phn theo phươ ng ng ca lc kéo

H - thành phn theo phươ ng ngang ca lc kéo

Rbsv - bn ct khi danh ngh ĩ a theo phươ ng ng

Rbsh - bn ct khi danh ngh ĩ a theo phươ ng ngangφ - h s an toàn (i v i ct khi φ = 0,75)

II.2.2 Kh năng chu l c ca bn mã

Bn mã có th b nhng dng phá hoi như sau:

1.

Phá hoi ch y d o ca ti t din không gim y u i v i c u kin chu kéo.

2.

Phá hoi kéo t ca ti t din gim y u i v i c u kin chu kéo.

3.

M t n nh ca bn mã i v i c u kin chu nén.

4.

Phá hoi c t kh i ca bn mã.

5.

Phá hoi ch y d o hoc kéo t trong tr ư ng h p chu l c t ng th .

II.2.2.1

Phá hoi ch y d o c a ti t di n không gi m y u v i c u ki n ch u kéo

Năm 1950, Whitmore ã tin hành thí nghim v i bn mã kim loi và xác nh

ư c qu o ng sut bên trong bn mã, theo ó, ng sut trong bn mã truyn i

theo mt góc 30°. Căn c vào kt qu thí nghim, ông ã ra phươ ng pháp xác

nh tit din chu kéo hu hiu ca bn mã (tit din Whitmore) như trong Hình

II.8.

Hình II.8: Qu o ng sut và tit din Whitmore không gim yu

Cách xác nh tit din Whitmore như sau: t tâm hai bu lông ngoài cùng

hàng u tiên, dng hai ư ng thng nghiêng góc 30°. Giao ca hai ư ng thng


41/73

- 29 -

này v i ư ng thng i qua tâm các bu lông hàng cui cùng xác nh mt b rng

hu hiu W . bn chu kéo ca tit din không gim yu ư c xác nh như sau:

y gW y gW P R F Aφ φ = = (II.16)

trong ó: P y - bn chy do ca tit din không gim yuφ - h s an toàn (φ = 0,95)

RgW - bn danh ngh ĩ a ca tit din không gim yu

F y - ng sut chy tiêu chun

AgW - din tích tit din Whitmore không gim yu ( AgW = W t )

II.2.2.2 Phá hoi kéo t c a ti t di n gi m y u ( i v i c u ki n ch u kéo)

Hình II.9: Phá hoi kéo t ca tit din Whitmore gim yu

Bn mã có th b kéo t ti tit din Whitmore gim yu khi cu kin liên kt

chu kéo. Nghiên cu ch ra rng: dng phá hoi này thư ng không xy ra trư c khi

xy ra phá hoi ct khi. Vì th trong thc t thit k, dng phá hoi này ít ư c

xem xét t i.Trong trư ng h p cn phi kim tra phá hoi kéo t ca tit din Whitmore

gim yu, có th s dng công thc sau:

r nW u nW P R F Aφ φ = = (II.17)

trong ó: Pn - bn kéo t ca tit din gim yu

φ - h s an toàn (φ = 0,8)

F u - ng sut bn (kéo t) tiêu chun

AnW - din tích tit din Whitmore gim yu


42/73

- 30 -

II.2.2.3

n nh c a b n mã ( i v i c u ki n ch u nén)

Có hai dng mt n nh ca bn mã

- M t n nh ca vùng mép biên bn mã

- M t n nh ca vùng bn mã phía sau c u kin liên k tThc t hai hin tư ng mt n nh trên không tách bit mt cách rõ ràng mà

có s liên quan t i nhau. Các kt qu thí nghim do Sheng và Yam thc hin năm

2002 cho thy: khi gia cư ng thêm các sư n cng bên trong bn mã, kh năng n

nh ca vùng phía trong bn mã tăng lên và kh năng n nh ca mép biên cũng

tăng theo. Hơ n th na, theo Chambers và Ernst (2005): nu b trí các sư n cng ti

vùng biên ca bn mã thì kh năng n nh ca vùng bn mã phía trong cũng tăng

lên. Hin nay vn chưa có mt nghiên cu c th nào v mi quan h này, trong

khuôn kh ca lun văn, hai hin tư ng mt n nh trên vn ư c xem xét mt

cách riêng bit.

(i)

M t n nh ca vùng mép biên bn mã

Hình II.10: Mt n nh vùng mép biên bn mã

Hin nay, Tiêu chun AISC 2005 chưa có quy nh c th v hin tư ng mt

n nh ca vùng mép biên bn mã. Quy phm AASHTO ca Hip hi k sư cu

ư ng Hoa Kỳ ban hành năm 2007 gi i hn chiu dài t do ca mép biên bn mã

không ư c vư t quá 2,06 ln căn bc hai ng sut chy ca vt liu.


43/73

- 31 -

2,06 fg

g y

L E

t F ≤ (II.18)

Công thc trên áp dng cho trư ng h p thit k không xét t i kháng chn, h

ơ n v kip-inch. i v i trư ng h p có xét t i kháng chn, trong báo cáo ca mìnhnăm 2010, Abolhassn Astaneh-Asl [8] xut s dng công thc:

0,75 fg

g y

L E

t F ≤ (II.19)

(ii)

M t n nh vùng bn mã phía sau c u kin liên k t

Hình II.11 th hin hai trư ng h p mt n nh ca bn mã: khi ch có mt cu

kin chu nén (a) và khi có nhiu cu kin chu nén (b).

Hình II.11: Mt n nh vùng bn mã phía sau cu kin liên kt

Khi ch có mt cu kin chu nén, xác nh bn n nh ca bn mã, có

th s dng tit din Whitmore như ã nêu trong mc II.2.2.1. Theo ó, bn ca

bn mã ư c xác nh ging như mt ct thép tit din ch nht kích thư c W × t g,

chiu dài ct ly giá tr trung bình ca ba giá tr L1, L2, L3 (xem Hình II.12). Công

thc c th có th tham kho Chươ ng E - Thit k cu kin chu nén, tiêu chun

AISC 2005.


44/73


45/73

- 33 -

1.

V chính xác chi ti t liên k t.

2.

V i m i c u kin liên k t, v ti t din Whitmore theo cách ã trình bày trên.

3.

V i m i c u kin liên k t, t hai nh ca ti t din Whitmore v hai ư ng

th ng song song v i tr c c u kin. Hai ư ng th ng này xác nh vùng ngsu t gây ra b i c u kin t ươ ng ng. ng su t t i b t k ỳ i m nào trong vùng

này u ch có ng su t pháp và có giá tr b ng ( ) / g N Wt σ = .

4.

Xét t ng th khi các c u kin u chu l c, b ng phươ ng pháp s c b n vt liu

có th xác nh ư c ng su t pháp σ và ng su t ti p τ t i m i i m trên bn

mã.

5.

ng su t von Mises ( ng su t t ươ ng ươ ng) ư c tính b ng công th c sau:2 23

vM yF σ σ τ φ = + ≤ (II.20)

II.2.2.4 Phá hoi c t kh i c a b n mã

Hin tư ng ct khi xy ra khi cu kin liên kt chu kéo. Có hai loi ct khi:

ct khi ca cu kin liên kt (ã nêu trong mc II.2.1.3) và ct khi ca bn mã.

Thông thư ng bn mã có chiu dày nh hơ n bn mã ca cu kin liên kt vì th d

xy ra hin tư ng ct khi bn mã. Mt s dng ct khi ca bn mã trình bày trong

Hình II.14: Mt s dng ct khi ca bn mã


46/73

- 34 -

Vic tính toán bn ct khi ca bn mã cũng tươ ng t như vic kim tra

bn ct khi ca cu kin liên kt. Các công thc tính toán c th có th tham kho

trong chươ ng I.

Hin tư ng ct khi không hoàn toàn xy ra khi bu lông quá gn cnh cabn mã. Khi ó, mt ct khi không còn có dng hình ch nht thông thư ng na

mà là mt mt gp khúc như trong Hình II.15.

Hình II.15: Hin tư ng ct khi không hoàn toàn

Bn cht ca s ct khi bao gm s kéo t trên mt phng vuông góc v i

chiu ca lc và s phá hy v ct trên mt phng song song v i phươ ng ca lc.

Áp dng trong trư ng h p mt gp khúc abcdef trong hình trên, s kéo t xy ra

trên trên mt phng de, s phá hoi ct xy ra trên mt phng bc. Nhng mt nghiên

còn li có th ư c tính toán như mt phng chu kéo, nhưng din tích gim yu Ant cn ư c thêm vào mt giá tr bng (S 2 /4g)t g v i g và S như trong Hình II.15.

II.2.2.5 Ki m tra b n mã trong trư ng h p ch u l c t ng th .

Khi thit k không ch xét t i s phá hoi xy ra v i tng cu kin, mà còn cn

phi xem xét bn mã trong s làm vic tng th.

Trư ng h p ơ n gin nht là xem xét bn mã ch chu ct, khi ó cn thit

phi xem xét bn ct ca bn mã ti ba mt ct nguy him A-A, B-B và C-C như

trong hình


47/73

- 35 -

Hình II.16: V trí mt ct nguy him khi bn mã chu lc tng th

Phươ ng pháp tính toán trên gi thit liên kt không b bin dng trong quá

trình chu lc. Trong thc t thì khi chu lc, trc ca các cu kin không còn ng

quy ti mt im na dn t i bn mã không ch chu lc ct mà còn chu ng th i

c lc dc và mômen. Cách xác nh giá tr ni lc trong trư ng h p này có th

tham kho “Phươ ng pháp lc ng nht - The uniform force method “ trình bàytrong [7].

Hình II.17: ng sut trong bn mã theo phươ ng pháp “dm ơ n gin”

Quay tr li bài toán bn mã khi chu ng th i M , N và V , mt phươ ng phápthư ng ư c áp dng nht ó là coi bn mã như mt dm ơ n gin, khi ó ta có


48/73

- 36 -

trng thái ng sut bên trong bn mã dm như trong Hình II.17. kim tra bn

ca bn mã, cn phi xem xét ti 3 im: im A có σmax,τ=0, im B có τmax,σ=0

và im C có σ và τ tươ ng i l n. Vic kim tra theo ng sut chính tươ ng t như

trong bài toán ng sut phng ca sc bn vt liu.Mt phươ ng pháp ơ n gin hơ n ư c trình bày trong [8], theo ó bn mã chu

ng th i M , N và V cn tha mãn iu kin sau:

i v i phá hoi chy do ca phn tit din nguyên bn mã:

2 4

1,0 y P y

N M V

N M V φ φ φ

+ + ≤

(II.21)

trong ó: N, M, V - lc tác dng vào bn mãφ - h s an toàn (φ = 0,9)

N y - kh năng chu nén úng tâm ca tit din bn mã ( N y = Ag F y)

M P - mômen do ca tit din bn mã ( M P = Z x F y)

V y - kh năng chu ct ca tit din bn mã (V y = 0,58 Ag F y)

F y - ng sut chy tiêu chun

i v i phá hoi kéo t ca phn tit din gim yu bn mã:

2 4

1,0u u u u u u

N M V

N M V φ φ φ

+ + ≤

(II.22)

trong ó: φ - h s an toàn (φ = 0,9)

N y - kh năng chu nén úng tâm ca tit din bn mã ( N u = An F u)

M u - mômen do ca tit din bn mã ( M u = Z x-net F u)

V u - kh năng chu ct ca tit din bn mã (V u = 0,58 Au F u)

F u - ng sut bn (kéo t) tiêu chunCách tính toán trên có nhiu ưu im: công thc ơ n gin, d s dng, biu

thc ư c trình bày dư i dng LRFD. Tuy nhiên như c im ca cách tính toán này

là không xác nh ư c vùng nguy him trên bn mã.

Phươ ng pháp ơ n gin tính toán ng sut tươ ng ươ ng von Mises ã trình

bày trong mc II.2.2.3(ii) cũng có th áp dng cho bài toán này.


49/73

- 37 -

II.2.3

So sánh

Nhng mc trên ã trình bày các dng phá hoi c th ca liên kt bu lông -

bn mã cùng v i công thc kim tra theo hai tiêu chun, trong ó mt s dng phá

hoi không ư c cp n trong tiêu chun Vit Nam.Bng II.1: So sánh gia TCXDVN 338-2005 và AISC 2005

Các dng phá hoi TCXDVN 338-2005 AISC 2005

C u k i n l i ê n k t

Ct ca bu lông X X

Ép mt ca l bu lông X X

Ct khi ca cu kin O X

Bn ca vùng thép

gia hai l bu lông (quy nh c u t o) (quy nh c u t o)

Bn ca vùng thép t mép l

bu lông n mép cu kin(quy nh c u t o) (quy nh c u t o)

B n m ã

Bn kéo t O X

Bn chy do O X

Mt n nh mép biên bn mã O X

Mt n nh trong bn mã O XCt khi ca bn mã O X

Chu lc tng h p O X

Nhn xét: Tiêu chun thit k kt cu thép Hoa Kỳ AISC 2005 là mt b tiêu

chun tiên tin trên th gi i, ni dung cp n khá y các vn , hơ n th

na còn ư c cp nht thư ng xuyên nhng kt qu nghiên cu m i nht. i kèm

theo quy phm là nhiu tài liu hư ng dn c th, chi tit. n nay AISC 2005 ã

ư c áp dng trong quy trình thit k rt nhiu tòa nhà cao tng bng kt cu thép

trên th gi i.

Tiêu chun Vit Nam TCXDVN 338-2005 còn nhiu hn ch, c bit là trong

l ĩ nh vc thit k kt cu thép cho nhà cao tng.

Sau khi so sánh nhn thy: trong thc t nên áp dng Tiêu chun AISC 2005

khi thit k liên kt kt cu thép trong nhà cao tng.


50/73

- 38 -

II.3

QUY TRÌNH THIT K LIÊN KT BU LÔNG - BN MÃ

TRONG NHÀ CAO TNG KT CU THÉP

Hình II.18 trình bày quy trình thit k i v i mt liên kt bu lông - bn mã

trong nhà cao tng kt cu thép theo Tiêu chun AISC 2005.

Thiết kết liên kếtTheo AISC 2005

Dữ liệu thiết kế- Nội lực cấu kiện- Vật liệu sử dụng

Xác địnhkhả năng chịu cắt bu lông

Giải phápTăng chiều dày bản mã

Kiểm tra bu lôngcắt, ép mặt

Kiểm tra bản mãchảy dẻo, kéo đứt,cắt khối, chịu lực

phức tạp

Xác địnhsố lượng bu lông

S

Đ

S

Kiểm tra bản mãổn định

Đ

Giải phápĐăt sườn gia cường

S

Kết thúc

Đ

Thí nghiệm nút liên kết tỷ lệ 1:1

Mô phỏng nút liên kết bằng FEM

Hình II.18: Sơ khi quy trình thit k liên kt bu lông - bn mã


51/73

- 39 -

II.4

YÊU CU B SUNG KHI THIT K NÚT LIÊN KT CÓ KÍCH

THƯ C L N TRONG NHÀ CAO TNG

Trong nhà cao tng, nút liên kt thư ng có kích thư c l n, trng thái ng sut

bin dng phc tp, óng vai trò quan trng trong vic chu lc ca công trình. Cáctiêu chun thit k cũng ch dng li vic kim tra theo mt s iu kin nht

nh, rt khó có th bao quát hoàn toàn nhng kh năng phá hoi có th xy ra. Hin

nay trong công tác thit k các công trình l n, các k sư không ch dng li vic

kim tra liên kt theo các iu kin ã nêu tiêu chun mà còn tin hành phân tích

nút liên kt theo phươ ng pháp phn t hu hn. Vic phân tích nút liên kt bng

phươ ng pháp phn t hu hn s ư c nghiên cu trong Chươ ng III.

Mt yêu cu ã ư c nêu ra trong quy trình thit k nút liên kt ó là thí

nghim nút liên kt t l 1:1. Có th nói ây là phươ ng pháp nghiên cu cho

chính xác cao nht, thư ng ư c ly làm chun khi so sánh v i nhng phươ ng pháp

khác.

Hình II.19: Sơ thí nghim liên kt bu lông - bn mã t l 1:1

Rt nhiu phòng thí nghim trên th gi i ã tin hành nhng thí nghim nút

liên kt kích thư c l n như trong Hình II.20.

Mc dù phươ ng pháp này rt tn kém nhưng là mt yêu cu không th thiu

trong công tác thit k i v i nhng nút liên kt quan trong.


52/73

- 40 -

Hình II.20: Thí nghim liên kt bu lông - bn mã t l 1:1

ti phòng thí nghim ca FHWA

II.5

VÍ D TÍNH TOÁN

hình dung c th v quy trình thit k liên kt bu lông - bn mã, tin hành

thit k mt nút liên kt in hình trong công trình tháp văn phòng Vietinbank ã

gi i thiu Chươ ng I.

II.5.1 D liu thit k

Nút gm 04 cu kin ư c liên kt v i nhau thông qua bn mã và bn ni.

Kích thư c tit din và ni lc các cu kin cho trong Bng II.2.

Bng II.2: D liu thit k

Cu kin Dng tit din

Bn cánh Bn bng Gia cư ng Ni l c

B

mm

tf

mm

D

mm

tw

mm

tg

mm

N

kN

V

kN

T2 H (gia cư ng cánh) 1100 100 900 50 100 -62920 22620

T4 H 1000 100 1100 50 - -43700

T5 H 800 100 1100 50 - 30200

T9 H 600 50 1100 25 - -11100


53/73

- 41 -

II.5.2

Vt liu

Các cu kin có tit din dng ch H t h p t các bn thép s dng loi thép

ASTM A572 cp cư ng 50 (là cư ng chy tiêu chun ca thép tình theo ơ n

v ksi, 1ksi = 0,69kN/cm2

). Liên kt bn cánh s dng bu lông M40, liên kt bnbng s dng bu lông M24. Tt c các bu lông trong liên kt u s dng bu lông

cư ng cao (CC) ASTM A490.

T c trưng cơ hc ca vt liu thép tính toán ra kh năng chu lc ca mt

bu lông ơ n như trong Bng II.4.

Bng II.3: Các c trưng cơ hc ca vt liu thép s dng

Ký hiu A572 c p 50 A490

ng sut bn tiêu chun F u 45 103,5

ng sut chy tiêu chun F y 34,5 89,5

Cư ng kéo danh ngh ĩ a

ca bu lông

F nt - 78

Cư ng ct danh ngh ĩ a

ca bu lông

F nv - 41,4 (qua ren)

52 (không qua ren)

Bng II.4: Kh năng chu lc ca bu lông ơ n

Bu

lông

ư ng kính

(mm)

Din tích

nguyên

Ab (cm2)

Din tích

qua ren

An (cm2)

bn

chu kéo

(kN)

L c xit

ti thiu

(kN)

bn

trư t

(kN)

Rn=F nt Ag T b φ Rn

M24 24 4,52 3,39 353 257 247

M40 40 12,57 9,42 980 686 659

II.5.3

Xác nh s lư ng bu lông

tăng h s an toàn cho các liên kt nút, tin hành thit k liên kt theo quan

im: hai bn cánh chu 100% lc dc cu kin, bn bng ư c thit k mt lc

bng (Abng /A)% lc dc cu kin. Nu trong cu kin có mômen và lc ct thì s

do bn cánh chu hoàn toàn. T quan im thit k ó, có th tính toán sơ b s

lư ng bu lông cn thit:


54/73

- 42 -

Bng II.5: Xác nh s lư ng bu lông

C u ki n L c cho

1 b n cánh

(kN)

S

bu lông

c n thi t

B trí L c cho

1 b n b ng

(kN)

S

bu lông

c n thi t

B trí

T4 21850 34 6×6=36 8027 33 6×6=36

T5 15100 23 4×6=24 6629 29 5×6=30

T9 5550 9 4×3=12 3265 14 3×5=15

Sau khi ã xác nh s lư ng bu lông, tin hành b trí bu lông như Hình II.21.

Hình II.21: B trí bu lông trong liên kt

II.5.4

Kim tra kh năng chu l c ca liên kt bn cánh

Bng II.6: Kh năng chu lc ca liên kt bn cánh

iu kin kim tra Công th c φ φφ φ R n L c kim tra Kim tra

C u k i n T 4

bn trư t J3-4 23724 21850 t

bn ép mt J3-6 143694 21850 t

bn ct khi J4-5 43004 21850 t

n nh bn mã J4-6 36762 21850 t


55/73

- 43 -

iu kin kim tra Công th c φ φφ φ R n L c kim tra Kim tra

C u k i n T 5

bn trư t J3-4 15816 15100 t

bn ép mt J3-6 93798 15100 t

bn kéo bn cánh J4-1;J4-2 27600 15100 t bn ct khi J4-5 32920 15100 t

C u k i n T 9

bn trư t J3-4 7908 5550 t

bn ép mt J3-6 23450 5550 t

bn ct khi J4-5 13085 5550 t

n nh bn mã J4-6 20225 5550 t

Vic kim tra kh năng chu lc ca liên kt bn bng hoàn toàn tươ ng t.

II.5.5 Kim tra kh năng chu l c ca bn mã

Xét bn mã trong trư ng h p ơ n gin ch chu lc ct. Kh năng chu ct ca

bn mã ư c kim tra theo 03 tit din nguy him A-A; B-B và C-C như Hình II.22.

Kt qu kim tra trình bày trong Bng II.7.

Hình II.22: Mt ct kim tra kh năng chu ct ca bn mã


56/73

- 44 -

Bng II.7: bn ct ca bn mã

Công th c φ φφ φ R n (kN) L c kim tra (kN) Kim tra

Mt ct A-A J4-3; J4-4 52048 23855 t

Mt ct B-B J4-3; J4-4 34324 16981 tMt ct C-C J4-3; J4-4 34324 11221 t

Bn cht bn mã trong trư ng h p này không ch chu lc ct ơ n thun mà

chu nhiu lc tng h p. Trong mc II.2.2.5 ã nêu phươ ng pháp ơ n gin tính

toán ng sut trong bn mã khi chu lc phc tp. Nguyên lý ca phươ ng pháp này

da trên phươ ng pháp cng ng sut trong Lý thuyt Sc bn vt liu c in, vic

tính toán chi tit theo phươ ng pháp cng ng sut xem Chươ ng III.


57/73

- 45 -

Chương III

Phân tích liên kt bng

phương pháp phn t hu hn

Ni dung Chươ ng I và Chươ ng II ã cp n các dng phá hoi ca liên k t

bu lông - bn mã, t ó ưa ra quy trình thit k cho loi liên k t trên. Theo ó, mt

trong nhng yêu cu trong quy trình thit k ó là phân tích s làm vic ca liên k t

bng phươ ng pháp phn t hu hn.

Ni dung chươ ng III i sâu vào phân tích mt nút liên k t bu lông - bn mã

bng phn mm chuyên dng phân tích phn t hu hn Abaqus, k t qu phân tích

s ư c so sánh v i k t qu tính toán theo phươ ng pháp truyn thng.

III.1

GI I THIU V PHN MM ABAQUS

Hình III.1: Phươ ng pháp phn t hu hn

Phươ ng pháp phn t hu hn (PTHH) là mt phươ ng pháp s da trên nn

tàng toán hc mô hình hóa các vn thc tin. Phươ ng pháp PTHH thư ng

ư c dùng trong các bài toán cơ hc xác nh trư ng ng sut và bin dng ca


58/73

- 46 -

vt th. Hin nay các phn mm ng dng phươ ng pháp PTHH phát trin rt nhanh,

cơ bn gii quyt ư c nhng vn thc t trong cuc sng. Trong ó, phn mm

Abaqus là mt phn mm mnh m, kh năng gii quyt các vn rt rng l n t

nhng bài toán cơ hc vt rn, cơ hc r i rc, cơ hc cht lưu, n in, truynnhit,...

Phn mm Abaqus FEA (thư ng ư c gi là phn mm Abaqus) ca hãng

Dassault Systèmes là mt b phn mm ng dng cho vic mô phng và gii các

bài toàn phn t hu hn (PTHH). Abaqus ư c vit và phát trin b i Hibbitt,

Karlsson và Sorensen. Phiên bn u tiên ca b phn mm ư c phát hành vào

năm 1978.

B sn phm ABAQUS bao gm 04 môun chính:

- Abaqus/CAE (CAE là thut ng vit tt ca Complete Abaqus

Environment hoc Computer-Aided Engineering). ây là môun ư c

thit k mô hình hóa các thành phn cơ khí và lp ráp.

- Abaqus/CFD (CFD là thut ng vit tt ca Computational Fluid

Dynamics). ây là môun m i ư c b sung b phn mm t phiên

bn Abaqus 6.10, ư c thit k phân tích ng lc hc dòng chy.

-

Abaqus/Standard - môun phân tích PTHH s dng phươ ng pháp tích

phân n (integration implicit ), phù h p gii quyt nhng bài toán cơ

hc t ĩ nh, tuyn tính.

- Abaqus/Explicit - môun phân tích PTHH s dng phươ ng pháp tích

phân hin (integration explicit ) chuyên gii quyt các bài toán va chm,

bài toán phi tuyn.

Phn mm Abaqus tr nên ph bin trong các cơ s ào to và nghiên cu làb i

2010-nganh xay dung cong trinh dd&cn-nguyen tran hieu

Documents