Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 1
BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP
(THEO 22TCN272-05 & AASHTO-LRFD 1998)

MỤC LỤC
1

ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP ................................................................. 5

1.1

GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................... 5

1.1.1

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng....................................................................... 5

1/ Ưu điểm :.......................................................................................................................... 5

2/ Nhược điểm : .................................................................................................................... 5

3/ Phạm vi sử dụng : ............................................................................................................. 6

1.1.2

Yêu cầu cơ bản đối với kết cấu thép....................................................................... 6

1.2


1.3.3

Gia công nhiệt....................................................................................................... 28

1.3.4

Ảnh hưởng của ứng suất lặp ( sự mỏi) ................................................................. 28

1.3.5

Sự phá hoại giòn ................................................................................................... 31

2

LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP .............................................................................. 33

2.1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP............................ 33

2.1.1

Liên kết dạng đinh: ( đinh tán, bu lông) ............................................................... 33

2.1.2

Liên kết hàn .......................................................................................................... 33

2.1.3


Có hai dạng phá hoại chủ yếu trong liên kết bu lông chịu cắt: phá hoại của bu lông và phá
hoại của bộ phận được liên kết. .............................................................................................. 42

2.3.2

Cường độ chịu ép mặt và cường độ chịu cắt của liên kết..................................... 44

1/ Cường độ chịu cắt của bu lông........................................................................................... 44

2/ Cường độ chịu ép mặt của bu lông..................................................................................... 44

2.3.3

Cường độ chịu ma sát của liên kết bu lông cường độ cao.................................... 48

1/ Đặc điểm chế tạo và đặc điểm chịu lực của liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát, các
phương pháp xử lý bề mặt thép: ................................................................................................. 48

2/ Tính toán sức kháng trượt ...................................................................................................... 48

2.3.4

Tính toán liên kết bu lông chịu cắt ....................................................................... 50

2.4

LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU KÉO ............................................................................. 58

2.5


3.1

Đặc điểm cấu tạo :........................................................................................................ 72

3.1.1

Các hình thức mặt cắt : ......................................................................................... 72

3.1.2

Các dạng liên kết : ................................................................................................ 72

3.2

Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm ......................................................................... 73

3.2.1

Tổng quát :........................................................................................................... 73

3.2.2

Sức kháng kéo chảy.............................................................................................. 74

3.2.3

Sức kháng kéo đứt ................................................................................................ 74

3.2.4


4.3

Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm ......................................................................... 89

4.3.1

Sức kháng nén danh định...................................................................................... 89

4.3.2

Tỷ số độ mảnh giới hạn ........................................................................................ 92

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 3 4.3.3

Các dạng bài toán.................................................................................................. 93

5

CẤU KIỆN CHỊU UỐN TIẾT DIỆN CHỮ I..................................................................... 96

5.1

ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO.......................................................................... 96

5.1.1


Phân loại tiết diện ............................................................................................... 102

5.2.5

Độ cứng .............................................................................................................. 103

5.3

CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN............................................................................... 103

5.3.1

Trạng thái giới hạn cường độ.............................................................................. 103

5.3.2

Trạng thái giới hạn sử dụng................................................................................ 104

5.3.3

Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy..................................................................... 105

5.4

MÔ MEN CHẢY VÀ MÔ MEN DẺO...................................................................... 117

5.4.1

Mô men chảy của tiết diện liên hợp.................................................................... 118

5.5.1

Mất ổn định thẳng đứng của vách....................................................................... 128

5.5.2

Mất ổn định uốn của vách................................................................................... 131

5.5.3

Yêu cầu của tiết diện chắc đối với vách ............................................................. 132

5.5.4

Tóm tắt hiệu ứng độ mảnh.................................................................................. 133

5.5.5

Hệ số chuyển tải trọng ........................................................................................ 134

5.6

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẢNH CỦA CÁNH CHỊU NÉN ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN
CỦA DẦM............................................................................................................................ 135

5.6.1

Yêu cầu về biên chịu nén của tiết diện chắc....................................................... 136

5.6.2


5.7.5

Tiết diện chắc không liên hợp............................................................................. 146

5.7.6

Tiết diện liên hợp đàn hồi................................................................................... 146

5.7.7

Tiết diện liên hợp không chắc............................................................................. 147

5.7.8

Tiết diện liên hợp chắc........................................................................................ 147

5.8

TÓM TẮT VỀ TIẾT DIỆN CHỮ I CHỊU UỐN ....................................................... 149

5.9

SỨC KHÁNG CẮT CỦA MẶT CẮT CHỮ I........................................................... 156

5.9.1

Sức kháng cắt tác động lên dầm ......................................................................... 156

5.9.2


5.11.1

Các loại mối nối dầm.......................................................................................... 181

5.11.2

Mối nối công trường bằng bu lông ..................................................................... 182

6

Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 190 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 5 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

1

m
4
3,7.10
−
(Tài liệu [1])
Kết cấu thép có tính công nghiệp hoá cao:
Nó thích hợp với thi công lắp ghép và có khả
năng cơ giới hoá cao trong chế tạo. Các cấu kiện thép dễ được sản xuất hàng loạt tại xưởng với
độ chính xác cao. Các liên kết trong kết cấu thép (đinh tán, bu lông, hàn) tương đối đơn giản,
dễ thi công.
Kết cấu thép có tính kín : Vật liệu và liên kết kết cấu thép không thấm chất lỏng và chất khí
nên rất thích hợp để làm các kết cấu chứa các chất lỏng, ch
ất khí.
Ngoài ra thép còn là vật liệu có thể tái chế sử dụng lại sau khi công trình đã hết thời hạn sử
dụng , do vậy có thể xem thép là vật liệu thân thiện với môi trường.
So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm nghiệm, sửa chữa và tăng cường.
2/ Nhược điểm :
Bên cạnh các ưu điểm chủ yếu kể trên, kết cấu thép cũng có hai nhược điểm:
Kết cấu thép dễ bị han gỉ:
Trong môi trường ẩm ướt, có các tác nhân ăn mòn thép dễ bị
han gỉ, từ han gỉ bề mặt đến phá hỏng có thể chỉ sau một thời gian ngắn. Do vậy khi thiết kế
cần cân nhắc dùng thép ở nơi thích hợp, đồng thời kết cấu thiết kế phải thông thoáng, phải tiện
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
6
thanh thoát, phù hợp với cảnh quan chung của khu vực.
2/ Yêu cầu về mặt kinh tế:
-

Tiết kiệm vật liệu.Thép cần được dùng một cách hợp lý. Khi thiết kế cần chọn giải
pháp kết cấu hợp lý, dung các phương pháp tính toán tiên tiến.
-

Tính công nghệ khi chế tạo. Kết cấu thép cần được thiết kế sao cho phù hợp với việc
chế tạo trong xưởng, sử dụng những thiết bị chuyên dụng hiện có, để giảm công chế
tạo.
-

Lắp ráp nhanh
Để đạt được hai yêu cầu cơ bản trên đây cần điển hình hóa kết cấu thép. Điển hình hóa từng
cấu kiện hoặc điển hình hóa toàn bộ kết cấu.
1.2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 272-05
1.2.1 Quan điểm chung về thiết kế
Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh cho những người có trách
nhiệm thấy rằng, mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo đều được thỏa mãn. Quan điểm chung để
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
7 đảm bảo an toàn trong thiết kế là sức kháng của vật liệu và mặt cắt ngang phải không nhỏ hơn
hiệu ứng gây ra bởi các tải trọng và tác động ngoài, nghĩa là
Sức kháng của vật liệu
≥

lý. Quá trình này dựa trên những ý kiến đóng góp trong phân tích hiệu ứng của tải trọng và
cường độ của vật liệu sử dụng.
1.Thiết kế theo ứng suất cho phép (-SCP-ASD)-Allowable Stress Design
Các phương pháp thiết kế đầu tiên trong lịch sử đã được xây dựng tập trung trước hết vào
kết cấu thép. Thép kết cấu có ứng xử tuyến tính cho tới điểm chảy, được nhận biết khá rõ ràng
và thấp hơn một cách an toàn so với cường độ giới hạn của vật liệu. Độ an toàn trong thiết kế
được đảm bảo bằng quy định là ứng suất do hiệu ứng c
ủa tải trọng sinh ra chỉ bằng một phần
ứng suất chảy fy. Giá trị này tương đương với việc quy định một hệ số an toàn F bằng 2, nghĩa
là.
søc kh¸ng,
2
hiÖu øng t¶i träng, 0,5
y
y
f
R
F
Qf
===

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bi ging kt cu thộp theo tiờu chun 22TCN272-05- o Vn Dinh 2011
8 Vỡ phng phỏp thit k ny t ra gii hn v ng sut nờn c bit n vi tờn gi thit
k theo ng sut cho phộp (Allowable Stress Design, ASD).
Khi phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp mi ra i, hu ht cỏc cu cú cu to

nhng chỳng khụng cũn l tnh nh vỡ chỳng khụng cũn c liờn kt bng cht. Do ú, ng
sut trong cỏc cu kin khụng cũn phõn b u na.
Phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp cng c ỏp d
ng cho dm chu un. Vi
gi thit mt ct phng v quan h ng sut-bin dng tuyn tớnh, mụ un mt ct (mụ men
chng un) cn thit cú th c xỏc nh bng cỏch chia mụ men un
M
cho ng sut un cho
phộp
f
b
.
hiệu ứng tải trọng
mô đun mặt cắt cần thiết
ứng suất cho phép
b
M
S
f
=

n trong phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp l gi thit ng sut trong cu kin
bng khụng trc khi cú ti trng tỏc dng, ngha l khụng cú ng sut d tn ti khi ch to.
Gi thit ny ớt khi ỳng hon ton nhng nú gn ỳng hn i vi nhng thanh c hn l i
vi nhng mt ct h, mng ca cỏc dm thộp cỏn in hỡnh. Cỏc chi ti
t mng ca dm thộp
cỏn ngui i (sau x lý nhit) vi mc khỏc nhau v ng sut d tn ti trong mt ct ngang.
Cỏc ng sut d ny khụng ch phõn b khụng u m chỳng cũn khú d oỏn trc. Do ú,
cn phi cú s iu chnh i vi ng sut un cho phộp, c bit trong cỏc chi tit chu nộn,
xột n nh hng ca ng su