Tài liệu môn Kết cấu thép - Chương 4: Cột thép

KHÁI QUÁT CHUNGCỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂMCỘT RỖNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂMCỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂMCẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỘT*Chương 4 - CỘT THÉPTiết diệnTính toán cột đặc chịu nén lệch tâmTính toán cột rỗng chịu nén lệch tâm*IV. CỘT NÉN LỆCH TÂMTiết diện ĐẶC và RỖNG:*M không lớn; (N1, M1) và (N2, M2)đối xứng hoặc gần đối xứng(N1, M1) và (N2, M2) chênh nhau nhiều1. Tiết diệnCột chịu Mx, để đảm bảo độ cứng trong mặt phẳng uốn, chiều cao h được chọn theo chiều dài cột lc: với cột rỗng với cột đặcĐể đảm bảo độ cứng theo phương còn lại, b lấy là:1. Tiết diện*Khi cột bị uốn cả 2 phương với Mx và My  bố trí cột sao cho mômen uốn lớn hơn (Mx) ở mặt phẳng vuông góc với trục x.Cột nén lệch tâm thường có lực cắt lớn  dùng hệ thanh bụngDùng bản giằng khi V 0,1Kể đến sự phát triển biến dạng dẻo, kiểm tra bền theo :nc, cx, cy : hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện (Bảng 4.8)Wnxmin, Wnymin : momen kháng uốn nhỏ nhất của tiết diện thu hẹp*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmb) Tính toán ổn định tổng thểTH1 : Cột chịu N và M trong mặt phẳng đối xứng – N, Mxe xác định theo PL II.2, phụ thuộc: Mx để xác định me phải cùng tổ hợp tải trọng với N, lấy như sau: + Cột dạng congxon: Mngàm nhưng không nhỏ hơn M ở tiết diện cách ngàm 1/3 chiều dài cột + Cột tiết diện không đổi: Mmax + Cột bậc: Mmax trên đoạn cột có tiết diện không đổi*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmỔn định tổng thể cột trong mp vuông góc mp uốny xác định theo yc : hệ số kể đến ảnh hưởng của momen uốn Mx và hình dạng tiết diện*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmỔn định TT của cột trong mp vuông góc mp uốnXác định cc5 xác định như khi mx  5 với mx=5c10 xác định như khi mx  10 với mx=10 a, b tra Bảng 4.9*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmXác định cVới cột tiết diện kín : c=1Với cột tiết diện I có 2 trục đối xứng: c  cmaxbi, ti : bề rộng và bề dày bản cánhhc: khoảng cách tâm tiết diện bản cánh*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmTH2 : cột chịu N và M trong mp vuông góc trục y (Iy λy (bỏ qua ảnh hưởng của My):*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmTH3 : cột chịu N, Mx và My (Ix>Iy)ey xác định như e với khi me.y λy,  kiểm tra thêm TH1 với ey=0*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmc) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ:Ổn định cục bộ bản cánh:Ổn định cục bộ bản bụng:Xác định [bo/tf], [hw/tw]  SV xem giáo trình*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmXác định tiết diện cột đặc chịu nén lệch tâmChọn chiều cao (h) và bề rộng (b) của tiết diện:Xác định diện tích tiết diện cột:*Cách 12. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmix=xh, x tra Bảng 4.5, sơ bộ lấy =1,25 và x =(0,35÷0,45)he xác định theo vàCách 22. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmTheo công thức tính gần đúng của IasinkyDiện tích yêu cầu của cộtSơ bộ lấy =0,8 và x như trên*Chọn bề dày bản cánh (tf), bề dày bản bụng (tw):Tiết diện cột đã chọn phải kiểm tra lại về:BềnỔn định tổng thểỔn định cục bộ*2. Tính cột đặc chịu nén lệch tâmf (kN/cm2)Trường hợp cột chỉ chịu (Mx và N), nội lực dọc trong các nhánh cột là:C : khoảng cách trọng tâm 2 nhánhy : khoảng cách trọng tâm tiết diện đến trọng tâm nhánh (y1, y2)Lấy dấu + khi Mx gây nén*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmTH cột chịu (M1, N1) và (M2, N2) (M1, M2 ngược dấu) Nf1, Nf2: lực dọc trong nhánh 1, 2 y1, y2: khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trọng tâm nhánh 1, 23. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmĐối với cột rỗng bản giằng, khi chịu M uốn quanh trục ảo, ngoài lực dọc (Nf hoặc , Nf1, Nf2) còn có mômen uốn phụ quanh trục xo của nhánh, do lực cắt V gây ra:Với cột 2 nhánh như nhau:Với cột có 2 nhánh khác nhau: a: khoảng cách tâm các bản giằng Af1, Af2, A: diện tích tết diện nhánh 1, 2 và toàn cột*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâma) Tính toán về bềnKiểm tra Bền đối với cột rỗng NLT khi:Trên các nhánh cột có sự giảm yếu tiết diện hoặcCột có độ lệch tâm tương đối m > 20Thực hiện riêng cho từng nhánh:Với cột rỗng thanh giằng, nhánh được kiểm tra như cột đặc chịu nén đúng tâm với Nf hoặc Nf1, Nf2Với cột rỗng bản giằng, có M uốn quanh trục ảo, nhánh được kiểm tra như cột đặc chịu nén lệch tâm với nội lực (Nf, Mf) hoặc (Nf1, Mf1) và (Nf2, Mf2) với Mf: mômen uốn phụ*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmb) Tính toán về ổn định tổng thể:Tính toán đối với trục ảo (x-x): với cột NLTCó độ lệch tâm tương đối m  20Cặp nội lực nguy hiểm (N, Mx) hoặc (M1, N1) và (M2, N2)e phụ thuộc vào vào xác định như cột rỗng nén đúng tâm yn khoảng cách từ trục ảo đến trục của nhánh bị nén nhiều nhất nhưng không nhỏ khoảng cách đến trục bản bụng nhánh đó3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmTính toán đối với trục thực (y-y):Đối với trục thực (y-y): các nhánh cột làm việc độc lập theo trục địa phươngChiều dài tính toán: Đối với trục (xo-xo) là lf (riêng với cột rỗng bản giẳng, khi n > 0.2 lấy là a)Đối với trục (y-y) là ly*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmĐối với cột rỗng thanh giằng: kiểm tra ổn định tổng thể nhánh như một cột đặc chịu NĐT với lực dọc Nf hoặc Nf1, Nf2 :Đối với cột rỗng bản giằng: kiểm tra ổn định tổng thể nhánh như một cột đặc NLT với nội lực (Nf, Mf) hoặc (Nf1,Mf1) và (Nf2, Mf2) :*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmc) Tính toán về ổn định cục bộCột rỗng thanh giằng: tính toán như cột đặc NĐT theo công thức:Cột rỗng bản giằng: tính toán như cột đặc chịu NLT*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmXác định thân cột rỗng chịu nén lệch tâma) Chọn dạng và kích thước chính h, b của tiết diện:Cột 2 nhánh dạng tiết diện không đối xứng và cột chỉ chịu uốn quanh trục ảo:Đã có: lx, ly và các cặp nội lực nguy hiểm nhất cho cột là (N1, M1) và (N2, M2)b, h được chọn sơ bộ theo chiều dài cột lc:*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmb) Chọn tiết diện nhánh:Xác định nội lực nhánh: - Với y1, y2 được xác định như sau: - Nếu N1 = N2 thì xác định y1 theo công thức:3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmCột rỗng thanh giằng, các nhánh được xác định như cột đặc chịu NĐT với Nf1, Nf2Cột rỗng bản giằng, các nhánh được xác định như cột đặc chịu NLT với (Nf1, Mf1) và (Nf2, Mf2) trong đó Mf1 và Mf2 là mômen uốn phụ do lực cắt gây ra*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâmc) Tính toán thanh bụng và bản giằngCác thanh bụng hay bản giằng tính toán với nội lực sinh ra do lực cắt lấy là: Max (Vf cột NĐT và V thực tế).Việc tính toán các thanh bụng, các bản giằng: như phần cột rỗng NĐT*3. Tính cột rỗng chịu nén lệch tâm1. Đầu cộtĐỡ các kết cấu bên trên nó như dàn, dầmPhân phối tải trọng tập trung dàn đều trên tiết diện cộtCấu tạo liên kết cần đảm bảo sơ đồ tính: liên kết cứng hay khớp2. Chân cộtDùng để truyền tải trọng từ thân cột xuống móng Giữ cho chân cột phù hợp với sơ đồ tính là ngàm hay khớp*V. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỘTXà ngang đặt trên đỉnh cột: Dùng cho sơ đồ liên kết khớp*Đệm gỗMũ cộtBản ốp tăng cườngTăng tw bản bụngl1  0,6hwlb  0,6hwZ=b+2t2Đệm gỗ1. Đầu cộtXà ngang liên kết ở cạnh bên cột*1. Đầu cộtCấu tạo:*Chân cột liên kết khớp2. Chân cộtCấu tạo:*Chân cột liên kết khớpBản đế dày  2cm2. Chân cộtChân cột liên kết ngàm2. Chân cộtTính toán bản đế:Với chân cột chịu nén đúng tâm, diện tích bản đế:N: lực dọc tính toán của cột: hệ số phụ thuộc vào cấp bêtông, với bêtông cấp ≥ B25 =13,5Rbt/RbRb, Rbt: cường độ nén, kéo tính toán của bêtông= 0,75 và 1: tải nén phân bố không đều và đềuAm: diện tích mặt móng*2. Chân cộtNếu chân cột chỉ có dầm đếChọn B theo kích thước chân cột và đoạn côngxôn C=1012cm hoặcL=Abd/BChiều dày bản đế: b: chiều rộng cộtA1: diện tích truyền tải vào côngxôn (phần gạch chéo)C1: khoảng cách từ trọng tâm diện truyền tải hình thang đến tiết diện tính toán (mép biên cột)*Côngxônvới2. Chân cột Nếu tbd>80mm thì sử dụng chân cột có dầm đế và sườn, hoặc trong điều kiện có thể tăng mác bêtông móng để giảm Abd và C1 làm cho tbd80mm Với chân cột có dầm đế và sườn:b, h: kích thước cộttdd: chiều dày dầm đế, có thể lấy sơ bộ 810mmC: độ nhô côngxôn của bản đế, lấy C100mm*với2. Chân cộtThân cột, dầm đế và sườn chia bản đế thành những ô bản có điều kiện biên khác nhauÔ 1: bản côngxôn, ô 2: tựa khớp trên 2 cạnh kề nhau, ô 3: tựa trên khớp 3 cạnh, ô 4: tựa khớp trên 4 cạnhTrừ ô 1, mỗi ô bản được tính về uốn dưới tác dụng của phản lực*2. Chân cộtMômen uốn lớn nhất của mỗi ô bản:d: nhịp tính toán của ô bảnb: hệ số lấy theo Bảng 4.11 và 4.12Ô 1: d=c, b=1/2Ô 4: d=a1, b tra bảng 4.11 theo tỷ số b1/a1 với a1 là cạnh ngắnÔ 3: d=a2, b tra bảng 4.12 theo tỷ số b2/a2 với a2 là chiều dài biên tự do, b2 là chiều dài cạnh được liên kết vuông góc với biên tự do; khi b2/a2<0,5 tính như côngxôn với d=b2, b=1/2Ô 2: Tính như ô 3 với kích thước a2, b2 lấy như hình vẽ (thiên về an toàn)Chiều dày bản đế:*2. Chân cộtTính toán dầm đế móng và liên kết chân cột vào móng: Xem SGK*2. Chân cột