Tính toán cấu kiện thanh thành mỏng chịu uốn bằng lý thuyết Vlasov, áp dụng cho xà gồ tiết diện chữ C cán nguội

Bài báo "Tính toán cấu kiện thanh thành mỏng chịu uốn bằng lý thuyết Vlasov, áp dụng cho xà gồ tiết diện chữ C cán nguội" đề xuất áp dụng lý thuyết của V.Z. Vlasov để tính toán cấu kiện thành mỏng, trình bày việc xác định các tham số và trình tự tính toán cấu kiện. Ví dụ áp dụng tính toán cho xà gồ cán nguội tiết diện C, khảo sát một số tham số kích thước tiết diện đến sự làm việc chịu uốn của cấu kiện. Kết quả tính toán có giá trị tham khảo cho người thiết kế. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán cấu kiện thanh thành mỏng chịu uốn bằng lý thuyết Vlasov, áp dụng cho xà gồ tiết diện chữ C cán nguội . 299 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN THANH THÀNH MỎNG CHỊU UỐN BẰNG LÝ THUYẾT VLASOV, ÁP DỤNG CHO XÀ GỒ TIẾT DIỆN CHỮ C CÁN NGUỘI Hoàng Bắc An* Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh Tóm tắt Bài báo này đề xuất áp dụng lý thuyết của V.Z. Vlasov để tính toán cấu kiện thành mỏng, trình bày việc xác định các tham số và trình tự tính toán cấu kiện. Ví dụ áp dụng tính toán cho xà gồ cán nguội tiết diện C, khảo sát một số tham số kích thước tiết diện đến sự làm việc chịu uốn của cấu kiện. Kết quả tính toán có giá trị tham khảo cho người thiết kế. Từ khóa: Cấu kiện thép thành mỏng, tiết diện hở, xà gồ tiết diện C, xoắn kiềm chế, vênh tiết diện. 1. Mở đầu Thanh thành mỏng là một trong những loại cấu kiện được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng, nhiều nhất là trong các nhà thép. Chúng thường làm xà gồ để đỡ hệ bao che mái và tường, tiết diện thường gặp là chữ C hoặc chữ Z do đặc tính dễ gia công chế tạo, khả năng chịu lực tốt và dễ dàng vận chuyển tháo lắp. Trong TCVN hiện hành thì chưa có chỉ dẫn về tính loại cấu kiện này, nên ngoài thực tế nhiều người thiết kế sử dụng (TCVN 5575-2012, 2012) tính toán xà gồ thì không phù hợp, còn dùng tiêu chuẩn nước ngoài thì còn bị hạn chế về cách tiếp cận và quan niệm tính. Việc tính toán thanh thành mỏng khá phức tạp do các yếu tố như: chiều dày cấu kiện là mỏng, lực tác dụng lên thanh thường không đi qua tâm uốn của tiết diện, do liên kết ở hai gối làm cho thanh bị xoắn kiềm chế dẫn tới tiết diện thanh bị vênh, gây nên các ứng suất bổ sung. Việc tính toán những ứng suất bổ sung này có thể dựa trên lý thuyết Vlasov (Власов В.З, 1940)(Рыбаков В. А, 2011)(Бычков Д. В, 1962), ông đã phát triển lý thuyết tính toán thanh thành mỏng hở có kể đến sự vênh của tiết diện, dựa trên luật của diện tích quạt. Theo tiêu chuẩn Nga (СНиП II-23-81*, n.d.)(СП 16.13330.2017, 2017), cũng như Eurocode (Eurocodes EN 1993, 2005) đều tính đến sự vênh tiết diện (nếu có) của cấu kiện kết cấu thép, cụ thể: trong (СП 16.13330.2017, 2017), yêu cầu tính ứng suất pháp bổ sung do Bimômen và ứng suất tiếp bổ sung từ mômen xoắn; còn trong (Eurocodes EN 1993, 2005), khi kiểm tra độ bền của cấu kiện thành mỏng chịu xoắn đều phải tính đến ứng suất do oằn vênh tiết diện gây ra. Đã có nhiều nghiên cứu về thanh thành mỏng như G. Hancock cùng cộng sự phát triển phương pháp tính theo DSM (Hancock, 2016); А.А. Kitcots nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tham số tới sự làm việc của xà gồ (Кикоть, 2011);m.R Garifullin nghiên cứu về ổn định của thanh thành mỏng chịu uốn (Гарифуллин & Ватин, 2014); Huang, Lihua đã phân tích tính toán tải trọng tới hạn cho cấu kiện thanh thành mỏng hở (Huang, Li, & Wang, 2016); H. Wang đã khảo sát thực nghiệm trên các cấu kiện chịu uốn có tiết diện C bằng thép cán nguội (Wang & Zhang, 2009). Nghiên cứu về thanh thành mỏng ở Việt nam cũng không nhiều, một số nghiên * Ngày nhận bài: 23/02/2022; Ngày phản biện: 27/3/2022; Ngày chấp nhận đăng: 10/4/2022 * Tác giả liên hệ: Email: an.hoangbac@uah.edu.vn 300 cứu của các tác giả như: P.V. Hội đã so sánh khả năng chịu lực của xà gồ thành mỏng tiết diện dạng chữ C và chữ Z trên cơ sở Euro code (Hoi & Thanh, 2013); luận văn của P.D Quân về tính toán thiết kế xà gồ thép thanh thành mỏng tạo hình nguội bằng phương pháp cường độ trực tiếp (Quân, 2015). Tuy nhiên, việc vận dụng lý thuyết Vlasov trong nghiên cứu về thanh thành mỏng còn hạn chế. Vì vậy, trong bài báo này tác giả đề xuất tính toán cấu kiện thanh thành mỏng bằng lý thuyết Vlasov, áp dụng vào ví dụ tính toán, phân tích cho xà gồ chữ C cán nguội. 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính Theo Vlasov (Власов В.З, 1940), thanh thành mỏng là thanh thẳng có hình dạng tiết diện bất kỳ kín hoặc hở với kích thước theo ba phương khác nhau. Nếu gọi là chiều dài, là kích thước theo một cạnh nào đó của tiết diện, là chiều dày, thì thanh được xem là thanh thành mỏng khi có các tỉ số thỏa mãn điều kiện sau ⁄ ⁄ (hình 1). a) b) c) y y A S M t ds M0 r b M O z O x t 2 ÄÆ  ‘ °á» L trung bình A x Hình 1. a- thanh thành mỏng tiết diện C; b,c - tọa độ quạt tiết diện hở Khi thanh thành mỏng hở bị xoắn kiềm chế, trên tiết diện có mômen xoắn do ngoại lực đối với tâm uốn, xác định như sau: Đạo hàm (1) theo và đặt ⁄ (đặc trưng xoắn uốn của thanh), có phương trình: ⁄ Trong đó: - mômen quán tính xoắn; ∫ - mômen quán tính quạt, ∫ - tọa độ q ...