BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG
ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
____________________________

LÊ TRỌNG LONG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA CẤU KIỆN
THÉP THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI CHỊU UỐN
THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU.

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG
ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
_______________________________

LÊ TRỌNG LONG
KHÓA 2012-2014

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA CẤU KIỆN
THÉP THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI CHỊU UỐN
THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU.
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Trọng Long


MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN ............................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ......................................... iv
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu: .............................................................................. 1
Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu: ........................................................... 1
Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 1
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2
Cấu trúc luận văn ..................................................................................... 2
NỘI DUNG .................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP THÀNH MỎNG
TẠO HÌNH NGUỘI .................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về kết cấu thành mỏng tạo hình nguội .............................. 3
1.1.1. Sơ lược về quá trình phát triển .................................................... 3
1.1.2. Ưu – nhược điểm của kết cấu thành mỏng................................... 4
1.1.3. Phạm vi ứng dụng: ...................................................................... 5
1.1.4. Vật liệu chế tạo thép thành mỏng tạo hình nguội ....................... 12
1.1.5. Công nghệ chế tạo thép thành mỏng tạo hình nguôi .................. 14
1.1.6. Vấn đề phòng gỉ ........................................................................ 17
1.2. Các quy phạm thiết kế kết cấu thành mỏng tạo hình nguội .............. 20
1.2.1. Quy phạm của Mỹ (AISI).......................................................... 20
1.2.2. Quy phạm của Anh và Châu Âu (BS/Eurocode)........................ 20

3.1.6. Kiểm tra ổn định cục bộ ............................................................ 63
3.1.7. Kiểm tra ổn định méo ................................................................ 64
3.2. Ví dụ 2 ............................................................................................ 64


3.2.2. Các kích thước hình học ............................................................ 64
3.2.3. Xác định tiết diện hiệu quả và ứng suất tới hạn gây mất ổn
định vênh một phần tiết diện. .............................................................. 66
3.2.4. Tính toán kiểm tra về ổn định tổng thể ...................................... 74
3.2.5. Tính toán kiểm tra ổn định cục bộ ............................................. 75
3.2.6. Tính toán kiểm tra về ổn định méo ............................................ 75
3.3. Ví dụ 3 ............................................................................................ 76
3.3.1. Các kích thước hình học ............................................................ 76
3.3.2. Bề rộng hữu hiệu của cánh nén ................................................. 78
3.3.3. Bề rộng hữu hiệu của bản bụng ................................................. 79
3.3.4. Tính toán kiểm tra ổn định tổng thể........................................... 80
3.3.5. Tính toán kiểm tra ổn định cục bộ ............................................. 81
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................... 82
1. Kết luận .......................................................................................... 82
2. Kiến Nghị ....................................................................................... 82
3. Hướng phát triền đề tài ................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ........................................................................... 84
PHỤ LỤC A................................................................................................. 86


CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Ac

diện tích tiết diện nguyên của một vùng chịu nén


bề rộng của tấm được hoặc không được tăng cứng

be

các phần của chiều rộng hữu hiệu

beff

chiều rộng hữu hiệu

bp

chiều rộng của bản cánh tính từ tim các góc uốn

bp,c

chiều rộng của sườn tính từ tim các góc uốn

bp,d

chiều rộng của mép sườn tính từ tim các góc uốn

c

chiều rộng phẳng của cánh

ceff

chiều rộng hữu hiệu của sườn


chiều cao tiết diện

Is

mômen quán tính hữu hiệu của sườn

K

độ cứng đàn hồi trên một đơn vị dài


k

hệ số phụ thuộc phương pháp tạo hình

kσ

hệ số mất ổn định

n

số góc uốn 900

Rd

giá trị thiết kế của độ bền

Rk

giá trị đặc trưng của độ bền


Weff,y

mômen kháng uốn quanh trục y của mặt cắt hữu hiệu

Wy

mômen kháng uốn nguyên theo trục y

α

hệ số không hoàn thiện

αlt

hệ số không hoàn chỉnh về ổn định ngang-xoắn

ε

biến dạng

γM

hệ số từng phần cho một đặc tính của vật liệu

λel

độ mảnh của phần tử

λlt


ứng suất tới hạn về ổn định đàn hồi

σcr,s

ứng suất tới hạn đàn hồi của sườn

σmax,Ed

ứng suất tới hạn thiết kế lớn nhất

σ1, σ2

ứng suất ở hai đầu phần tử

χd

hệ số suy giảm do méo


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Trang
Hình 1.1. Một số dạng tiết diện thép thành mỏng tạo hình nguội

4

Hình 1.2. Nhà ở sử dụng thép thành mỏng tại Úc

6


ở Bà Rịa – Vũng Tàu
Hình 1.10. Khu công nghiệp Lê Minh Xuân- tp.HCM

11

Hình 1.11. Hệ dàn mái thép nhẹ tại nhà thờ Tân Ngãi ở Tp.Vĩnh Long

12

Hình 1.12. Máy gập mép

15

Hình 1.13. Máy ép khuôn

16

Hình 1.14. Máy cán trục lăn

17

Hình 2.1. Các dạng mất ổn định và quan hệ giữa ứng suất

24

và chiều dài nửa bước sóng.
Hình 2.2. Kích thước danh định tính đặc trưng hình học

28



51

Hình 3.2. Sơ đồ tính toán và kích thước tiết diện dầm

64

Hình 3.3. Sơ đồ tính và kích thước tiết diện phần cánh.

66

Hình 3.4. Tiết diện hiệu quả của phần biên.

68

Hình 3.5. Tiết diện hiệu quả của phần biên.

70

Hình 3.6. Sơ đồ tính và kích thước tiết diện dầm

75

Bảng 2.1. Công thức tính đặc trưng hình học của

27

phần tử đường trung bình.
Bảng 2.2. Bảng tỉ lệ bề rộng trên bề dày cho phép


Luận văn này tập trung nghiên cứu vấn đề tính toán ổn định tổng thể và
ổn định cục bộ của cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội theo tiêu chuẩn
châu âu Eurocode 3.
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết tính toán ổn định của cấu kiện thép thành mỏng tạo
hình nguội chịu uốn theo tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 3.
Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu:
Cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội.
Ổn định của cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội chịu uốn theo tiêu
chuẩn châu âu Eurocode 3.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết theo tiêu chuẩn nước ngoài
Thực hiện các ví dụ tính toán kiểm chứng.


2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu tính toán loại kết cấu chưa được đề cập đến trong tiêu chuẩn
Việt Nam
Làm tài liệu tham khảo cho người thiết kế.
Cấu trúc luận văn
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài.
Mục đích nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
NỘI DUNG
Chương 1.Tổng quan về kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội
Chương 2.Tính toán ổn định của cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội

- Với cấu kiện chịu uốn thông thường việc tính toán kiểm tra ổn định
theo Tiêu chuẩn Châu Âu (EN 1993-1-3) khá giống với việc tính toán theo
Tiêu chuẩn Úc (AS/NZS 4600:2005) trong chương trình học. Tuy nhiên cũng
có một số điểm khác biệt như: tính toán đặc trưng hình học, tính toán về ổn
định, độ cứng…
- Đối với dầm thép tạo hình nguội, ngoài điều kiện ổn định tổng thể cần
phải tính toán các điều kiện về ổn định cục bộ và ổn định méo.
- Ổn định méo là một dạng ổn định khá phức tạp và hiện nay có chưa
nhiều lắm các nghiên cứu cụ thể về dạng ổn định này trong các Tiêu chuẩn
nên việc tính toán bằng tay là khá phực tạp.
2. Kiến Nghị
- Kết cấu thép nguội nhờ ưu điểm nổi bật như trọng lượng nhẹ, tính
công nghiệp hóa cao, thuận tiện trong việc vận chuyển, cẩu lắp, thi công…
nên cần được đầu tư nghiên cứu để có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong
thực tế xây dựng ở Việt Nam.


83
- Do hiện nay chúng ta chưa có Tiêu chuẩn thiết kế riêng về kết cấu
thép thành mỏng tạo hình nguội nên sử dụng các bộ Tiêu chuẩn của Mỹ, Châu
Âu hoặc Úc. Điều này phù hợp với xu hướng hội nhập quốc tế tuy nhiên gây
khó khăn về việc thiết kế và áp dụng trong nước nên cần có nghiên cứu và
xây dựng bộ Tiêu chuẩn riêng của Việt Nam.
- Việc tính toán thiết kế là khá phức tạp nên cần có các phần mềm phù
hợp để thuận tiên trong việc tính toán cấu kiện thép thành mỏng tạo hình
nguội
3. Hướng phát triền đề tài
- Nghiên cứu cụ thể cách tính toán khả năng ổn định của cấu kiện chịu
nén, nén uốn, khả năng chịu cắt và cắt uốn kết hợp…
- Nghiên cứu, so sánh và xây dựng nguyên tắc tính toán theo các tiêu

structures, 2000.
15. K.F.Chung, Building application of Cold-formed steel shapes.
16. Michael R. BamBack, Thin-walled Section with Unstiffener Elements


85
under Stress Gradients.
17. S.Adany, B. Schafer (2004), Buckling mode classification of member with
open thin-walled cross-section.
18. S. Adany, B. Schafer (2003), Some Features of the European Norm for
Cold-Formed Steel Design in comparison with the AISI Specification.
19. S. Adany (2002), Calculation of the moment resistance of Z and C shapecold-formed section according to EC3.
20. Wei-Wen yu (2000), Cold-formed Steel Design, 3rd Edition.


86

PHỤ LỤC A
Bảng A.1. Giá trị danh định của cường độ chảy cơ bản fyb và cường đô kéo
cực hạn theo Tiêu chuẩn EN 1993
Loại thép

Tiêu chuẩn

Cấp thép

fyb

fu


S 275 N
S 355 N
S 420 N
S 460 N
S 275 NL
S 355 NL
S 420 NL
S 460 NL
S 275 M
S 355 M
S 420 M
S 460 M
S 275 ML
S 355 ML
S 420 ML
S 460 ML
CR 220
CR250
CR320
S220GD+Z
S250GD+Z
S280GD+Z
S320GD+Z
S350GD+Z
S 315 MC

275
355
420
460

360
450
500
530
360
450
500
530
300
330
400
300
330
360
390
420
390

Thép kết cấu cán nóng. EN 10025: Phần
Phần 4: Điều kiện
5
chuyển giao kỹ thuật
cho thép kết cấu dễ hàn
cán cơ nhiệt

Thép tấm kết cấu chất
lượng cán nguội

ISO 4997


nhúng nóng liên tục
dùng cho tạo hình nguội

EN 10292

Thép tấm, dải mạ nhôm
kẽm (ZA) nhúng nóng
liên tục

EN 10214

Thép tấm, dải mạ kẽm
nhôm (AZ) nhúng nóng
liên tục

EN10215

Thép tấm, dải cácbon
thông thường, mạ kẽm
nhúng nóng liên tục
dùng cho tạo hình
nguội.

EN 10142

S 355 MC
S 420 MC
S 460 MC
S 500 MC
S 550 MC


355
420
460
500
550
600
650
700
260
315
355
420
240
280
320
360
400
240 2)
280 2)
320 2)
360 2)
400 2)
220
250
280
320
350
220
250

330
360
390
420
300
330
360
390
420
270 1)
270 1)
270 1)