Xác định vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên ở dầm thép

Bài viết đưa ra cách xác định vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên ở 2 đoạn đầu của dầm thép hàn nhằm làm giảm khối lượng của dầm. Để xác định điểm cắt giảm tấm biên, cần phải thiết lập hàm số khối lượng thép cắt giảm được của dầm, hàm số này phụ thuộc vào tỷ số chiều dài đoạn dầm có tấm biên hẹp với chiều dài toàn bộ dầm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên ở dầm thép CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CẮT GIẢM CHIỀU RỘNG TẤM BIÊN Ở DẦM THÉP ThS. PHẠM ĐỨC Viện Cơ khí - Trường Đại học Hàng hải Việt NamTóm tắt Bài viết đưa ra cách xác định vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên ở 2 đoạn đầu của dầm thép hàn nhằm làm giảm khối lượng của dầm. Để xác định điểm cắt giảm tấm biên, cần phải thiết lập hàm số khối lượng thép cắt giảm được của dầm, hàm số này phụ thuộc vào tỷ số chiều dài đoạn dầm có tấm biên hẹp với chiều dài toàn bộ dầm. Vị trí theo chiều dài dầm mà tại đó hàm số khối lượng nêu trên có cực đại chính là vị trí cắt giảm tấm biên cần tìm.1. Giới thiệu Đối với dầm chịu uốn liên kết khớp ở 2 đầu, dưới tác dụng của tải trọng, mô men uốn của dầmsẽ thay đổi theo chiều dài, mô men uốn ở mặt cắt giữa khẩu độ là lớn nhất, và giảm dần đến 0 ởhai đầu dầm. Khi thiết kế, diện tích mặt cắt dầm tính theo mô men uốn lớn nhất trên toàn bộ chiềudài sẽ gây lãng phí vật liệu, trọng lượng của kết cấu sẽ tăng nhất là đối với dầm có chiều dài lớn.Vì vậy, để tiết kiệm vật liệu và giảm nhẹ trọng lượng của kết cấu, thường lựa chọn dầm có diệntích mặt cắt thay đổi. Mặt cắt ở giữa dầm lấy theo giá trị lớn nhất của mô men uốn, còn ở hai đầudầm diện tích mặt cắt giảm nhỏ dần tương ứng với sự giảm của mô men uốn. Thay đổi chiều rộng tấm biên của dầm là một trong những biện pháp thường dùng để giảm diệntích mặt cắt dầm và tương ứng là giảm khối lượng dầm. Theo cách này, ở đoạn gần đầu dầm cómô men uốn nhỏ, chiều rộng tấm biên dầm được lấy hẹp hơn so với đoạn giữa dầm, chiều rộngtấm biên có thể giảm từ 20%-30% thậm chí tới 50% so với chiều rộng mặt cắt giữa dầm. Vấn đềđặt ra ở đây là cần phải xác định vị trí điểm cắt giảm chiều rộng tấm biên dầm hợp lý. Trong các tài liệu về kết cấu thép hiện đang sử dụng, có đề xuất biện pháp giảm khối lượng dầmbằng cách giảm chiều rộng tấm biên ở hai đoạn đầu của dầm nhưng không diễn giải cụ thể. Điềunày gây lúng túng cho người thiết kế còn ít kinh nghiệm. Vì vậy, việc xác đinh vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên đoạn đầu dầm sẽ là cơ sở cần thiếttrong tính toán thiết kế dầm thép hàn.2. Nội dung tính toán Trong phạm vi bài viết, xét dầm thép hàn tiết diện chữ I, hai đầu liên kết khớp, chịu tải trọngphân bố q, vật liệu chế tạo dầm là thép tấm, có ứng suất cho phép là [σ], dầm có khẩu độ L, chiềucao h, chiều dày tấm biên δb, chiều dày tấm thành δt không đổi theo chiều dài dầm (H1). Hình 1. Dầm thép hàn Gọi khoảng cách từ đầu dầm (A) đến vị trí cắt giảm chiều rộng tấm biên (B) là x, khối lượngriêng của thép là , thể tích phần thép cắt giảm là V, diện tích mặt cắt tấm biên tại giữa dầm là Fb ,Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 10 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018diện tích mặt cắt tấm biên của dầm tại điểm cắt giảm x là Fx, khối lượng phần thép cắt giảm là Gg,ta có: Gg   .V  4. .( Fb  Fbx ).x (1) M max Từ điều kiện bền của dầm theo mô men uốn lớn nhất:  [ ] W ta có mô men chống uốn cần thiết ở mặt cắt giữa dầm: M max 2.J ct M max M max .h Wct     J ct  [ ] h [ ] [ ].2 (2) Trong đó: q.L2 Mmax: Mô men uốn lớn nhất ở giữa dầm (H2): M max  8 Jct : Mô men quán tính cần thiết của mặt cắt giữa dầm. Hình 2. Biểu đồ mô men uốn dầm Mô men quán tính cần thiết Jct của mặt cắt giữa dầm xác định theo mô men quán tính cáctấm biên Jb và tấm thành Jt sẽ là: h  .h3 J ct  J b  J t  [ J bo  2.Fb .( )2 ]  t 2 12 (3) Bỏ qua mô men quán tính tấm biên với trục riêng của nó Jbo, thì mô men quán tính cầnthiết Jct của mặt cắt dầm gần đúng sẽ là: h  .h3 J ct  J b  J t  2.Fb .( )2  t 2 12 (4) h M h  .h3 Từ (2) và (4):  J b  J ct  J t  2.Fb .( )2  max .  t 2 [ ] 2 12 (5) Từ (5), có diện tích mặt cắt tấm biên ở vị trí Mmax sẽ là: M max  t .h Fb   [ ].h 6 (6) Tương tự, ta có diện tích tiết diện tấm biên Fbx ở vị trí x có Mx (H2) sẽ là: Mx  .h Fbx   t [ ].h 6 (7) Khối lượng thép giảm được do cắt hẹp chiều rộng tấm biên có thể viết:Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 ...