Thạc Sĩ Tính toán dầm thép tiết diện dạng chữ I chịu xoắn theo tiêu chuẩn AISC

MỤC LỤC.
MỞ ĐẦU. 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1
3. Phạm vi nội dung nghiên cứu 2
4. Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn 2
CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ CẤU KIỆN CHỊU XOẮN. 3
1.1. Tổng quan về cấu kiện chịu xoắn 3
1.1.1. Lịch sử phát triển phân tích xoắn 3
1.1.2. Các thuật ngữ và kí hiệu 4
1.1.3. Các loại xoắn 5
1.1.4. Các bài toán xoắn 7
1.1.5. Lý thuyết đàn hồi của xoắn 8
1.2. Dầm mặt cắt ngang dạng chữ I 17
1.2.1. Thép hình cán nóng 17
1.2.2. Dầm tổ hợp 18
1.3. Nhiệm vụ của luận văn 18
CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN DẦM THÉP TIẾT DIỆN NGANG DẠNG CHỮ I THEO TIÊU CHUẨN AISC. 19
2.1. Ứng suất do xoắn 19
2.1.1. Đặc trưng hình học của mặt cắt ngang dạng chữ I 19
2.1.2. Ứng suất tiếp do xoắn thuần túy 20
2.1.3. Ứng suất do xoắn kiềm chế 20
2.2. Ứng suất đàn hồi chịu uốn và kéo/nén 21
2.3. Tổ hợp ứng suất xoắn với các ứng suất khác 22
2.4. Quy phạm áp dụng 22
2.4.1. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (LRFD) 22
2.4.2. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (ASD) 24ii
2.5. Quy trình thiết kế cấu kiện thép chịu xoắn theo AISC 25
2.5.1. Xác định các đặc trưng hình học của mặt cắt 25
2.5.2. Phân tích ngoại lực tác dụng lên thanh 26
2.5.3. Chia thanh thành mỏng thành từng đoạn theo tải trọng tác dụng lên thanh 26
2.5.4. Xác định góc xoắn và các vi phân của góc xoắn 26
2.5.5. Vẽ các biểu đồ nội lực 26
2.5.6. Kiểm tra điều kiện bền 26
2.6. Bài toán thực tế 27
2.7. Bài toán lập trình 28
2.8. Ví dụ tính toán 29
2.8.1. Tính toán các đặc trưng hình học 30
2.8.2. Tính toán ứng suất do uốn 31
2.8.3. Tính toán ứng suất do xoắn 32
2.8.4. Kiểm tra điều kiện bền 37
2.8.5. Tính toán góc xoắn lớn nhất : 38
CHƯƠNG III. LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CẤU KIỆN THÉP CHỊU XOẮN THEO AISC 39
3.1. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Visual Basic 39
3.2. Sơ đồ khối của chương trình 41
3.3. Kiểm tra tính đúng đắn của chương trình 46
3.4. Nhận xét kết quả tính toán 46
KẾT LUẬN 47



TÀI LIỆU THAM KHẢO 48


MỞ ĐẦU.
1. Lý do chọn đề tài
Kết cấu thép là một lĩnh vực nghiên cứu khó, tính toán cấu kiện chịu xoắn cũng vậy. Tính toán ứng suất trong một phần tử kết cấu chịu xoắn là vấn đề không mới. Về lý thuyết, hình dạng của mặt cắt ngang chịu xoắn hiệu quả nhất là mặt cắt ngang tròn rỗng. Mặt cắt ngang kín chịu xoắn tốt hơn mặt cắt ngang hở có cùng diện tích. Tuy nhiên sự cần thiết của quy tình tính toán sẽ trở nên không có nhiều ý nghĩa với các ví dụ không phải điển hình.
Do có nhiều ưu điểm nên kết cấu thanh thành mỏng được áp dụng rộng rãi trong xây dựng công trình thép. Dầm thép chữ I là cấu kiện được sử dụng phổ biến bởi hiệu quả chịu uốn quanh trục khỏe (trục có mômen quán tính lớn) của nó. Trong nhiều trường hợp dầm chịu tải trọng lệch tâm gây ra hiện tượng xoắn. Giống như tất cả các tiết diện hở, khả năng chống xoắn của dầm thép chữ I là rất kém. Ngoài ra ảnh hưởng tương tác giữa xoắn kết hợp với uốn, kéo hoặc nén, cắt làm giảm đáng kể khả năng làm việc của dầm.
Nhiều phương pháp thiết kế đã được phát triển nhưng chưa có phương pháp nào được đề cập trong tiêu chuẩn thiết kế thép của Việt Nam. Cần có thêm các nghiên cứu về bài toán xoắn, đồng thời xây dựng chương trình tính toán cấu kiện chịu xoắn. Các công trình thép được thiết kế theo tiêu chuẩn của nhiều nước : Việt Nam, Nga, Mỹ, Châu Âu ., theo sự cho phép của Nhà nước. Trong các tiêu chuẩn trên thì tiêu chuẩn của Mỹ AISC và tiêu chuẩn của Châu Âu Eurocode 3 đang được áp dụng nhiều nhất.
Vì vậy tôi đã chọn đề tài “Tính toán dầm thép tiết diện dạng chữ I chịu xoắn theo tiêu chuẩn AISC”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu đại cương về cấu kiện chịu xoắn trong kết cấu công trình.
- Các phương pháp và công thức tính toán cấu kiện chịu xoắn trong tiêu chuẩn. Vận dụng các công thức và phương pháp của tiêu chuẩn AISC tính toán cấu kiện chịu xoắn. 2
- Xây dựng chương trình tính cấu kiện chịu xoắn theo tiêu chuẩn AISC.
3. Phạm vi nội dung nghiên cứu
Phân tích trong giới hạn đàn hồi để xác định ứng suất lớn nhất trong bài toán xoắn tổ hợp với uốn, cắt, kéo hoặc nén.
Giả thiết mặt cắt ngang của thanh không thay đổi. Nội lực được tính toán cho trạng thái chưa biến dạng của hệ kết cấu.
4. Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn
Nghiên cứu trong luận văn dựa trên cơ sở tiêu chuẩn AISC biên soạn và xuất bản tháng 9 năm 2005 và một số tài liệu tham khảo liên quan.
Ngoài ra luận văn còn áp dụng những kiến thức về sức bền vật liệu, cơ học kết cấu và ngôn ngữ lập trình Visual Basic (VB) để xây dựng chương trình tính toán cấu kiện chịu xoắn theo AISC.