LI CAM OAN
Tên tôi : Trần Xuân Hùng
Sinh ng y: 16 - 10 1984
Nơi sinh : Mai Sơn Sơn La
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu nào khác.
H nội, ng y 20 tháng 03 năm
2011
TC GI LUN VN
Trn Xuân Hùng
i
LỜI CẢM ƠN
Luận văn n y à được ho n th nh tà à ại Khoa sau đại học trường Đại học Kiến
tróc H Nà ội dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy gi¸o TS. Vò Quèc Anh.
T¸c giả xin b y tà ỏ lßng biết ơn s©u sắc đến th y gi¸o hà ướng dẫn TS. Vò
Quèc Anh đ· tận t×nh hướng dẫn, động viªn t¸c giả trong qu¸ tr×nh thực hiện
luận văn. T¸c giả ch©n th nh cà ảm ơn sự gióp đỡ về vật chất v tinh thà ần của
Khoa Sau đại học v bà ộ m«n KÕt CÊu ThÐp, Trường đại học Kiến Tróc H Nà ội.
T¸c cũng xin b y tà ỏ lßng biết ơn đến gia đ×nh, đồng nghiệp v c¸c bà ạn học đ·
gióp đỡ, động viªn khÝch lệ để luận văn được ho n th nh à à đóng hạn.
Luận văn được thực hiện trong điều kiện t i lià ệu, phương tiện v kià ến
thức của t¸c giả cßn nhiều hạn chế, phải bổ sung cập nhật dần, v× vậy chắc chắn
cßn nhiều thiếu sãt. T¸c giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đãng gãp của thầy
gi¸o v c¸c bà ạn đồng nghiệp.
H néi, ng y 20 th¸ng 03 n¨mà à
2011
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Trần Xu©n Hïng
ii
MC LC

60
Bảng 3.7. Tải trọng gió
61
Bảng 3.8. Nội lực trong khung trục 5 với liên kết dầm cột là liên kết cứng

63
Bảng 3.9. Nội lực trong khung trục 5, liên kết dầm cột là liên kết đàn hồi

71
Bảng 3.10. Tiết diện cột của hai phơng án
79
Bảng 3.11. Tiết diện dầm của hai phơng án
80
iv
B¶ng 3.12. Néi lùc trong khung khi liªn kÕt dÇm – cét, cét – mãng lµ liªn
kÕt ®µn håi
83
v
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1 Hình ảnh không gian nhà công nghiệp 2 tầng
4
Hình 1.2a Khung thép điển hình
5
Hình 1.2b Chi tiết liên kết đỉnh cột biên
5
Hình 1.2c Chi tiết liên kết đỉnh cột giữa
5
Hình 1.2d Chi tiết liên kết đỉnh dầm
6
Hình 1.2e Chi tiết liên kết chân cột biên

Hình 2.12: Chi tiết các chân cột, liên kết với hai đến bốn bulông neo
36
Hình 2.13. Bn vi 2 v 4 bu lông neo
37
Hình 3.1 Khung nhà thép 2 tầng 3 nhịp
38
Hình 3.2. Liên kết dầm và cột giữa ví dụ 1
54
Hình 3.3. Liên kết dầm và cột biên ví dụ 1
55
vii
Hình 3.4a Sơ đồ kết cấu nhà máy matsuo
56
Hình 3.4b Mặt bằng, mặt cắt nhà máy matsuo
57
Hình 3.5 : Sơ đồ gió tác dụng lên công trình
59
Hình 3.6 : Sơ đồ khung trục 5
62
Hình 3.7 : Liên kết dầm với cột giữa
81
Hình 3.8. Liên kết dầm với cột biên
82
Hình 3.9 chi tiết chân cột biên
85
Hình 3.10 chi tiết chân cột giữa
87
Hình 3.11 chi tiết chân cột biên
89
Hình 3.12 chi tiết chân cột giữa

Là một ngời đang làm công tác t vấn thiết kế, tôi chọn nghiên cứu đề tài
Hiệu quả khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp xét đến độ đàn hồi của
liên kết bởi việc nghiên cứu cách ứng xử đàn hồi của liên kết có hiệu quả rõ
ràng trong thực tế. Khi thiết kế khung thép không xét tới độ đàn hồi của liên
kết sẽ không phản ánh đúng sự làm việc của khung và nội lực của các cấu kiện
thờng lớn hơn so với thực tế. Khi giả thiết là liên kết cứng thờng bỏ qua độ
đàn hồi của liên kết, dẫn đến kết quả chuyển vị của khung thờng nhỏ hơn thực
tế, trái lại nội lực trong các tiết diện tại nút thờng có giá trị lớn hơn. Do đó tiết
diện dầm và kích thớc liên kết thờng lớn hơn so với yêu cầu. Khi ứng dụng
liên kết đàn hồi vào khung thì sẽ có sự phân bố lại mô men trong dầm làm cho
mô men lớn nhất trong dầm sẽ giảm đi. Nói một cách khác việc áp dụng liên
kết đàn hồi vào thực tế sẽ đảm bảo độ an toàn cấu kết cấu cao hơn khi dự đoán
sự ứng xử của khung chính xác hơn, bên cạnh đó việc nội lực trong khung
giảm sẽ tiết kiệm đợc nguyên vật liệu. Nh vậy việc xét tới liên kết đàn hồi
trong khung thép đa đến hiệu quả khi thiết kế khung.
* Mục đích nghiên cứu :
- Đa ra cách xác định hệ số đàn hồi của một số dạng liên kết thờng gặp
trong thực tế xây dựng tại Việt Nam.
- Khảo sát sự làm việc của khung thép với các liên kết đàn hồi có độ
cứng khác nhau để tìm đợc sự phân phối nội lực hợp lý cho khung thép nhà
công nghiệp.
- Từ nội lực và hệ số thu đợc đi bố trí cấu tạo liên kết phù hợp với thực tế.
* Đối tợng và phạm vi nghiên cứu :
Nghiên cứu sự làm việc của khung thép nhà công nghiệp có xét tới liên
kết đàn hồi, dầm và cột tiết diện chữ I đặc có hình dạng định hình hoặc thép tổ
hợp, liên kết dầm cột có cấu tạo kiểu liên kết bu lông. Vật liệu thanh ở các
phần tử dầm và cột làm việc trong giai đoạn đàn hồi tuyến tính. Liên kết trong
các nút là liên kết đàn hồi.
2
Chơng 1

H×nh 1.2c Chi tiÕt liªn kÕt ®Ønh cét gi÷a
5
Hình 1.2d Chi tiết liên kết đỉnh dầm.
Hình 1.2e Chi tiết liên kết chân cột biên.
Hình 1.2f Chi tiết liên kết chân cột giữa.
Trên đây giới thiệu sơ bộ về hình ảnh một dạng nhà công nghiệp đợc sử
dụng rất rộng rãi trong các nhà công nghiệp ở Việt Nam với tiết diện cột, dầm
chữ I. Phần sàn tầng trung gian ( mezzanine) có thể nằm ở một phần nhà hay
6
toàn bộ nhà, tuỳ thuộc vào công năng sử dụng của công trình. Toàn bộ các cấu
kiện, bộ phận đều đợc thiết kế và sản xuất đồng bộ tại nhà máy và đem ra lắp
dựng ngoài công trờng. Khi mang đến công trờng, chỉ cần thao tác lắp dựng để
tạo ra một công trình hoàn chỉnh. Nên dễ kiểm soát đợc chất lợng, mang tính
chuyên môn hoá cao, giảm thiểu đợc thời gian thi công công trình.
1.2. Liên kết đàn hồi trong thiết kế kết cấu khung thép trên thế giới :
1.2.1 Lịch sử nghiên cứu liên kết đàn hồi trong kết cấu khung thép:
Mô hình tính khung có xét đến độ đ n hồi của liên kết tuy đã đ ợc
nghiên cứu từ khá lâu nh ng còn gặp khó khăn khi đ a v o thực tế, vì thiếu
ph ơng pháp cũng nh công cụ tính toán phù hợp. Khối l ợng tính toán v
mức độ phức tạp sẽ tăng lên v rất khó sử dụng các ph ơng pháp tính toán
thủ công. Với việc các công cụ tính toán phát triển nhanh, đặc biệt l khả
năng phân tích xử lý của máy vi tính v các ngôn ngữ lập trình mạnh, trong
những năm gần đây cũng đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết
v thực nghiệm, tiếp cận các mô hình l m việc chính xác hơn cho khung thép.
Trong đó mô hình tính toán khung thép có liên kết đ n hồi l một trong
những h ớng phát triển đợc quan tâm trong phân tích v tính toán khung thép
hiện nay.
Những nghiên cứu khởi đầu về xác định độ đ n hồi của liên kết đ ợc
tiến h nh tại ủy ban nghiên cứu kết cấu thép (Steel Structures Research
Committee) của Anh từ năm 1934. Cùng thời gian đó các nghiên cứu t ơng tự

1975. u điểm của mô hình n y l dễ sử dụng, tuy nhiên còn ch a xét hết
đ ợc các đặc tính chính của liên kết đ n hồi.
Mô hình Kishi v Chen [25] đ ợc xây dựng dựa trên hơn 300 kết quả
thí nghiệm trên to n thế giới từ năm 1936 đến năm 1986, đ ợc chia l m bẩy
kiểu liên kết chính, xây dựng th nh bảng v lập ra ngân h ng dữ liệu liên kết
(Steel Connection Data Bank). Các thông số chính của liên kết đ n hồi trong
mô hình Kishi v Chen l : độ cứng ban đầu, mô men tới hạn, góc xoay dẻo
của liên kết. Mô hình n y hiện đang đ ợc sử dụng phổ biến để xác định các
đặc tính của liên kết đ n hồi.
Hiện nay Tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 3) đã cho phép xác định độ
đ n hồi của liên kết bằng các công thức giới thiệu trong phần phụ lục [18].
Dựa v o các mô hình liên kết nói trên, hoặc tiêu chuẩn Eurocode 3, có thể xác
định đ ợc các đặc tính của liên kết đ n hồi.
Nh ng một trong những trở ngại hiện nay l ch a có ph ơng pháp
phân tích v tính toán khung thép liên kết đ n hồi thống nhất. Đặc biệt với
những b i toán phân tích về: ổn định, phi tuyến hình học, dao động của khung
thép liên kết đ n hồi hiện nay th ờng tính toán gần đúng bằng cách tách ra
từng phần tử dầm hoặc cột độc lập để tính. Do vậy kết quả đạt đ ợc chỉ l
gần đúng v t ơng đối khó áp dụng trong thực tế thiết kế.
Tuy nhiên, nội dung phân tích chỉ đề cập đến liên kết riêng biệt v ch a có
phơng pháp cụ thể để ứng dụng v o b i toán phân tích kết cấu khung tổng thể .
Các vấn đề đã đợc nghiên cứu [7]:
*Nghiên cứu về đặc tính l m việc của liên kết nửa cứng:
-Thực nghiệm.
-Lý thuyết .
-Các mô hình, tiêu chuẩn .
*Nghiên cứu tính toán kết cấu có liên kết nửa cứng:
-Tính toán khung chịu tải trọng tĩnh lực (mô hình tuyến tính, mô hình phi
tuyến);
9

(2) Liên kết có tấm đầu dầm
(3) Liên kết có thép góc ở cánh trên
v d ới
(4) Liên kết có thép góc ở cánh trên
& dới v hai bên bụng dầm
(5) Liên kết có tấm đầu mút v
không gân gia cờng
(6) Liên kết có tấm đầu mút v gân
gia cờng
(7) Liên kết dạng T-stub
12
Phơng pháp phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode3
Tiêu chuẩn Eurocode 3 [18] cho phép tính gần đúng giá trị góc xoay,
cung cấp hình dạng v chi tiết các bộ phận cấu tạo liên kết một cách thuận lợi
hơn. Đồng thời cũng dự đoán đợc ứng xử tổng thể của liên kết. Các liên kết đ-
ợc phân loại theo hai tiêu chí về độ cứng v độ bền (không căn cứ theo độ
mềm), dựa trên cơ sở đánh giá đặc điểm ứng xử tổng thể của liên kết.
Phân loại theo độ cứng (hình 1.5):
Theo [7] chia th nh ba loại l : liên kết nút cứng, nút khớp v nút nửa
cứng, phụ thuộc v o độ cứng góc xoay của liên kết. Trong đó:
Liên kết nút khớp: l nút có khả năng truyền lực, khả năng truyền mô
men l bằng không hoặc không đáng kể để ảnh h ởng đến ứng xử chung của
hệ kết cấu.
Liên kết nút cứng: l nút có độ cứng góc xoay đủ để có thể phân tích nh
nút liên tục.
Liên kết nút đàn hồi: l nút có đặc điểm không thuộc nút khớp v nút
cứng. Nút đàn hồi có khả năng truyền lực v mô men.
13
Hình 1.5: Phân loại liên kết theo độ
cứng [7]

Nếu S
j,ini
k
b
EI
b
/L
b

ở đây:
k
b
= 8 đối với khung có giằng giảm đ-
ợc hơn 80% chuyển vị ngang.
k
b
= 25 đối với các loại khung khác,
trong đó ở mỗi tầng K
b
/K
c
0,1.
S
j,ini l
độ cứng liên kết ban đầu .
Vùng 2: liên kết nút đàn hồi.
Tất cả nút nằm trong vùng 2 sẽ đợc
phân loại l nút đàn hồi. Các nút
thuộc vùng 1 hoặc 3 cũng có thể đợc
xem l đàn hồi, tùy trờng hợp cụ thể.

chi tiết, cũng nh ph ơng pháp tính cụ thể giúp các kỹ s có thể đ a liên
kết đ n hồi ứng dụng v o thực tế xây dựng [1].
Theo Tiêu chuẩn kết cấu thép Việt Nam TCVN 5575 : 1991 [2], liên kết
đ n hồi vẫn ch a đ ợc đề cập, cả về việc phân loại liên kết cũng nh
ph ơng pháp tính.
1.3 Liên kết đàn hồi trong kết cấu khung thép tại Việt Nam :
Nghiên cứu về liên kết đ n hồi ở Việt Nam hiện nay có hai xu h ớng
chủ yếu [1] :
Tập trung v o việc xác định hệ số đ n hồi cho các kiểu liên kết,
Ph ơng pháp phân tích nội lực v chuyển vị cho khung thép liên kết
đ n hồi.
Theo h ớng thứ nhất có các tác giả nh : L u Nguyễn Nam Hải với việc
nghiên cứu liên kết bu lông chịu tác dụng đồng thời của mô men v lực cắt [5]
[28], [29], Nguyễn Trâm v các cộng sự [ 30] với ph ơng pháp luận để xác
định hệ số đ n hồi của một số loại liên kết bu lông trong kết cấu thép . Trong
công trình nghiên cứu [9] các tác giả đã trình b y ph ơng trình mô men-góc
xoay của phần tử thanh có liên kết đàn hồi phụ thuộc hệ số l tỷ số giữa độ
cứng thanh v độ cứng nút, sau đó thiết lập công thức liên hệ giữa nội lực v
chuyển vị ở hai đầu mút phần tử.
Theo h ớng nghiên cứu thứ hai: phân tích nội lực v chuyển vị khung
thép liên kết đ n hồi đã đ ợc nghiên cứu bởi các tác giả: Vũ Th nh Hải [6],
15
v Nguyễn Trâm [9]. Trong công trình nghiên cứu [1] mô phỏng liên kết đàn
hồi bằng lò xo không trọng lợng v có chiều d i bằng không, thiết lập ma trận
độ cứng hình học phần tử dầm có liên kết đàn hồiqua việc đề xuất phơng pháp
dùng tải trọng dọc trục trong cột đạt đợc từ một phân tích tuyến tính để xác
định tải trọng dọc trục tới hạn v hệ số chiều d i ảnh h ởng của mỗi cột kết
cấu khung.
Ph ơng pháp tính đ ợc nghiên cứu của các tác giả trên chủ yếu dựa
v o ph ơng pháp giải tích v bán giải tích, có khả năng tự động hoá nh ng

lợi cho thiết kế kháng chấn. Tuy nhiên, các liên kết dầm cột đàn hồi có sự kết
hợp giữa các liên kết cứng và liên kết bắt vít, và khi đợc sử dụng trong các
khung thép, thì cần đạt chỉ số kỹ thuật kinh tế tổng thể tốt. Việc xử lý các liên
kết đàn hồi rõ ràng ảnh hởng tới độ cứng và khả năng chịu tải của khung thép,
do vậy việc làm rõ mối quan hệ mômen và góc xoay và xử lý các liên kết
dầm cột đàn hồi là điểm mấu chốt trong các phân tích động tĩnh và thiết kế
khung thép có các liên kết đó.
17