Tối ưu hóa tiết diện thép thành mỏng chịu nén

Nhờ mang lại hiệu quả kinh tế cao, thép thành mỏng đã và đang được sử dụng ngày càng nhiều trong thực tiễn xây dựng. Trong bài báo này, phương pháp AS/NZS 4600 và “Phương pháp ứng suất trực tiếp” sẽ được trình bày và so sánh để chọn phương pháp tính thích hợp cho việc tính toán tối ưu đề ra.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa tiết diện thép thành mỏng chịu nénTỐI ƯU HÓA TIẾT DIỆN THÉP THÀNH MỎNG CHỊU NÉN OPTIMIZATION OF THIN-WALLED SECTIONS UNDER COMPRESSION ĐÀO NGỌC THẾ VINH Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng HAMID RONAGH The University of Queensland ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Nhờ mang lại hiệu quả kinh tế cao, thép thành mỏng đã và đang được sử dụng ngày càng nhiều trong thực tiễn xây dựng. Bài báo này trình bày phương pháp cũng như một số khuyến nghị trong việc tối ưu hóa tiết diện thép thành mỏng chịu nén. ABSTRACT Thin-walled steel has been increasingly used widely in construction work thanks to its highly economical effect. This article presents a method as well as some recommendations on the optimization of thin-walled sections under compression. 1. Đặt vấn đề Các cấu kiện thép thành mỏng (trong bài này sẽ được gọi là cấu kiện) ngày càng đượcsử dụng rộng rãi trong thực tiễn xây dựng trong kết cấu tường, sàn, mái, dàn,… nhờ có nhiềuưu điểm mà nổi bật là nhẹ, dễ chế tạo, đa dụng, và do đó nếu được sử dụng một cách hợp lý sẽmang lại hiệu quả kinh tế cao. Bài báo này trình bày việc tối ưu hóa cấu kiện thép thành mỏng chịu nén - một loạicấu kiện khá phổ biến trong thực tiễn, với hàm mục tiêu là tìm tiết diện tối ưu có:  Khả năng chịu lực lớn, nhất là trong hai trường hợp thực tế phổ biến: (1) lox= 2loy= 2loz= 2700 mm và lox= 2loy= 2loz= 2400 mm.  Đa dụng.  Dễ dàng liên kết với các cấu kiện khác. Trên cơ sở phân tích những kết quả có được trong quá trình tính toán, bài báo đưa ranhững khuyến nghị khi chọn tiết diện thép thành mỏng. 2. Phương pháp tính toán Hiện nay, việc tính toán cấu kiện thép thành mỏng chủ yếu dựa trên qui phạm của Mỹ(AISI 1996) và Úc (AS/NZS 4600/1996). Trên thực tế, AS/NZS 4600 chủ yếu dựa trên AISI1996 với một số thay đổi, nổi bật nhất là trong việc tính mất ổn định xoắn (distortionalbuckling). Và gần đây, một phương pháp mới, “Phương pháp ứng suất trực tiếp”, được đềxuất. Trong bài báo này, phương pháp AS/NZS 4600 và “Phương pháp ứng suất trực tiếp”sẽ được trình bày và so sánh để chọn phương pháp tính thích hợp cho việc tính toán tối ưu đềra. Để thuận tiện cũng như tăng độ chính xác của việc tính toán, hai phần mềm Thin-Wallvà Mathematica đã được sử dụng. Thin-Wall được viết theo phương pháp phần tử dải, có khảnăng phân tích cấu kiện thép thành mỏng với tiết diện bất kỳ. Chương trình cho phép xác địnhcác đặc trưng tiết diện và các dạng mất ổn định. 2.1. AS/NZS 4600 Trình tự tính toán theo phương pháp này có thể được tóm tắt như sau:  Xác định các đặc trưng tiết diện, có thể bằng tay hay các phương pháp khác.  Xác định ứng suất mất ổn định Euler foc.  c= f y / f oc với fy là giới hạn chảy. f n  (0,658c ) f y 2  nếu c 1,5 f n  (0,877 / 2c ) f y nếu c> 1,5  Xác định diện tích tiết diện hiệu dụng Ae, bằng tổng các bề rộng hiệu dụng của tất cả các phần tử của tiết diện. Các bề rộng hiệu dụng được tính theo các Điều từ 2.2 đến 2.6 phụ thuộc vào việc phần tử đấy (1) được gia cường hay không, (2) có một hay nhiều hơn sườn gia cường ở cạnh hay ở bụng không, (3) có phải là phần tử cong.  Khả năng chịu nén danh nghĩa của tiết diện: Ns= Aefy với Ae= diện tích tiết diện hiệu dụng tại giới hạn chảy fy.  Khả năng chịu nén danh nghĩa của cấu kiện: Nc= Aefn với Ae= diện tích tiết diện hiệu dụng tại ứng suất fn.  Kiểm tra về ổn định xoắn của cấu kiện.  Khả năng chịu nén tính toán của cấu kiện: N*= 0,85 x Min[Ns, Nc] AS/NZS 4600 cho phép áp dụng các phương pháp tính như “Phương pháp phần tử hữuhạn”, “Phương pháp phần tử dải” để xác định: (1) hệ số mất ổn định bản k, and (2) ứng suấtmất ổn định xoắn fod. 2.2. Phương pháp ứng suất trực tiếp Trình tự tính toán theo phương pháp này có thể được tóm tắt như sau:  Xác định các đặc trưng tiết diện, ứng suất mất ổn định cục bộ fcr, ứng suất mất ổn định xoắn fod bằng “Phương pháp phần tử dải”,...  Xác định ứng suất mất ổn định Euler foc.  c= f y / f oc với fy là giới hạn chảy. f n  (0,658c ) f y 2  nếu c 1,5 f n  (0,877 / 2c ) f y nếu c> 1,5  Khả năng chịu nén danh nghĩa dựa trên mất ổn định cục bộ:   Pnl  1  0,15 f cr / f y   f cr / f y  ( Ag f cr ) nếu f n / f cr > 0,776, ...