Chương 4. Dầm thép

Chương 4

DẦM THÉP

4.1. Đại cương về dầm và hệ dầm

4.1.1. Các loại dầm

Dầm là một trong những cấu kiện cơ bản trong kết cấu xây dựng, chủ yếu chịu uốn.

4.1.1.1. Ưu điểm và phạm vi sử dụng

Do có ưu điểm cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo ít nên dầm được sử dụng rất rộng

rãi từ dầm mái, dầm sàn nhà ở đến các loại dầm cầu trục, dầm cầu...

4.1.1.2. Phân loại

* Theo sơ đồ chịu lực, có các loại dầm sau:

- Dầm đơn giản.

- Dầm liên tục.

- Dầm consol.

Hình 4.1. Các loại tiết diện dầm.

* Theo đặc điểm cấu tạo:

Dầm hình: Được làm từ thép hình, thường sử dụng hai loại thép chữ I và thép chữ [.

Trong đó thép chữ I có tiết diện đối xứng, có mômen chống uốn đối với trục x – x lớn

nên thích hợp khi chịu uốn phẳng, thép chữ [ có tiết diện không đối xứng nhưng có cánh

rộng nên chịu uốn xiên hợp lý hơn.

Dầm tổ hợp: Được ghép từ các bản thép hoặc từ các bản thép và thép hình, có hai

loại: dầm tổ hợp hàn và dầm tổ hợp bulông (đinh tán). Trong đó, dầm hàn là dầm được

ghép từ các bản thép, liên kết bằng các đường hàn góc. Dầm tổ hợp bulông (đinh tán) là

dầm được ghép từ các bản thép và các thép góc, liên kết bằng bulông (đinh tán), có thể

4-1

Chương 4. Dầm thép

đặt thêm 1 hoặc 2 bản thép đặt nằm ngang phía trên cánh dầm (được gọi là bản phủ cánh

dầm). Dầm tổ hợp hàn được sử dụng nhiều hơn do có ưu điểm là trong lượng nhẹ, tiết

kiệm vật liệu và công chế tạo, nhưng trong các kết cấu chịu tải trọng động thì nên sử

dụng dầm tổ hợp bulông.

Tuy dầm hình có nhiều nhược điểm như trọng lượng lớn, tốn vật liệu, nhưng nó

cũng có ưu điểm nổi bật là cấu tạo đơn giản, làm giảm công chế tạo nên trên thực tế nếu

dầm hình đủ khả năng chịu lực thì nên sử dụng dầm hình.

4.1.2. Dầm thép

Hệ dầm thép là hệ thống các dầm chịu lực được bố trí theo một cách nhất định.

Hệ dầm có nhiệm vụ đỡ sàn và truyền tải trọng từ sàn xuống cột, tường ... Có thể

chia ra thành các loại dầm sau:

- Hệ dầm đơn giản.

- Hệ dầm phổ thông.

- Hệ dầm phức tạp.

4.1.2.1. Hệ dầm đơn giản

Trường hợp này, hệ dầm chỉ có dầm chính, bản sàn làm việc như bản kê hai cạnh.

Chỉ nên dùng hệ dầm này khi nhịp dầm không lớn lắm.

4.1.2.2. Hệ dầm phổ thông

Trường hợp này có hai cách bố trí: khi dầm phụ đặt trên dầm chính, bản sàn chỉ gối

lên dầm phụ nên làm việc như bản kê hai cạnh, cách bố trí này tiện lợi nhưng chiều cao

kiến trúc lớn. Khi dầm phụ và dầm chính cùng trên một mặt phẳng, bản sàn như bản kê

bốn cạnh.

4.1.2.3. Hệ dầm phức tạp

Hệ này gồm dầm chính, dầm phụ ngang và dầm sàn, thường bản sàn gác lên dầm

sàn và làm việc như bản kê hai cạnh.

Hình 4.2. Các kiểu hệ dầm.

a) Hệ dầm đơn giản; b) Hệ dầm phổ thông; c) Hệ dầm phức tạp.

4-2

Chương 4. Dầm thép

4.2. Các kích thước chính của dầm

4.2.1. Nhịp dầm (ký hiệu: l )

Nhịp dầm là khoảng cách giữa tâm các gối tựa (với dầm tựa cả hai đầu), hay khoảng

cách giữa mép ngoài gối tựa đến mép đầu không có gối tựa (với dầm consol). Khoảng

cách này cần thỏa mãn yêu cầu về sử dụng và kinh tế.

Hình 4.3. Kích thước chính của dầm, nhịp dầm.

4.2.2. Chiều cao tiết diện dầm (kí hiệu: hd )

Hình 4.4. Tiết diện dầm tổ hợp.

Chiều cao dầm phụ thuộc độ võng, chiều cao kiến trúc, kinh tế, thể hiện qua điều

kiện:

hmin ≤ hd ≤ hmax và hd càng gần hkt càng tốt

Trong đó:

hmax _ Chiều cao lớn nhất, phụ thuộc yêu cầu kiến trúc, được khống chế từ mặt trên

đến mặt dưới của sàn công tác;

hmin _ Chiều cao nhỏ nhất, phụ thuộc điều kiện độ võng của dầm không vượt quá

độ võng cho phép:

f ≤ [ f ];

hmin =

5 R ⎡ l ⎤ l

24 E ⎢⎣ f ⎥⎦ n0

n0 _ Hệ số vượt tải trung bình, n0 = 1,2 ;

4-3

Chương 4. Dầm thép

hkt _ Chiều cao kinh tế, là chiều cao ứng với lượng thép làm dầm ít nhất (trọng

lượng dầm nhỏ nhất), được xác định dựa vào trọng lượng dầm. Ta có thể tính toán

như sau:

Trọng lượng mỗi mét dài của dầm là:

g d = g b + 2.g c

Trong đó:

g b _ Trọng lượng một mét dài của bụng dầm;

g b = Ab ø b .ñ

g c _ Trọng lượng một mét dài của một cánh dầm;

g c = Ac ø c .ñ

Mà, Ab là diện tích bụng dầm:

Ab = hb .ä b

Ac là diện tích một cánh dầm:

Trong đó:

Ac =

cM

hc R

cM

hc

là nội lực trong một cánh dầm;

ø b ,ø c _ Hệ số cấu tạo của cánh và bụng dầm, thể hiện trọng lượng thực tế của

bụng và cánh dầm lớn hơn trọng lượng lý thuyết bao nhiêu lần;

hb , ä b _ Chiều cao và chiều dày bản bụng dầm.

Vậy có thể viết lại công thức tính trọng lượng dầm như sau:

g d = 2

cM

hc R

ø c ñ + hbä bø b ñ

Từ công thức trên ta có nhận xét: khi chiều cao dầm tăng, trọng lượng bản bụng

dầm tăng, còn trọng lượng cánh giảm, điều này được thể hiện bằng đồ thị hình 4.5.

4-

Chương 4. Dầm thép

Hình 4.5. Đồ thị quan hệ giữa trọng lượng và chiều cao dầm.

Chiều cao kinh tế của dầm được xác định như sau:

Giả định bề dày bản bụng dầm không đổi, đạo hàm biểu thức trọng lượng theo chiều

cao và cho nó bằng 0 ta được:

∂g d

∂hd

Do đó:

2cM

h R

ø b

M

Rä b

= k

Wyc

ä b

Với

k =

2cø c

ø b

Và thực tế lấy

k = 1,2 → 1,15 đối với dầm tổ hợp hàn;

k = 1,25 → 1,2 đối với dầm tổ hợp bulông hoặc đinh tán.

Chú ý:

Bản bụng dầm càng cao, càng mỏng thì dầm càng nhẹ, nhưng đồng thời phải chú ý

đến độ mảnh giới hạn của dầm, có thể tham khảo các trị số trong bảng 4.1.

Trong thực tế có thể lấy chiều cao dầm sai khác trị số chiều cao kinh tế tính được

khoảng 20%, vì lúc này độ chênh của trọng lượng dầm rất bé, chỉ trong khoảng 4%.

Bảng 4.1. Tỷ số giữa chiều cao và chiều dày bản bụng dầm

4-5

Chương 4. Dầm thép

4.3. Thiết kế dầm hình

Với những dầm chịu tải trọng không lớn lắm và có tiết diện không đổi thì nên sử

dụng dầm hình. Việc tính toán được thực hiện như sau:

4.3.1. Chọn tiết diện dầm

Thông qua sơ đồ kết cấu, tải trọng tính được nội lực dầm: M , Q .

Chọn loại thép làm dầm, từ đó tra bảng tìm được cường độ tính toán R .

Tính mômen chống uốn yêu cầu của tiết diện dầm theo điều kiện độ bền:

Wyc =

M max

ãR

Nếu dầm thép hình chịu tải trọng tĩnh, ứng suất cắt bé và đảm bảo được độ ổn định

tổng thể, thì có thể kể đến sự làm việc trong giai đoạn đàn hồi dẻo của thép. Lúc này,

mômen chống uốn của tiết diện dầm được tính theo công thức:

Wct =

M max

1,15ãR

Trong đó:

M max _ Mômen chống uốn lớn nhất trong dầm;

R _ Cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm;

1,15 là hệ số xét đến sự phát triển của biến dạng dẻo của vật liệu thép.

Chọn loại thép hình có Wx ≥ Wyc hoặc Wx ≥ Wct .

4.3.2. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

4.3.2.1. Kiểm tra độ bền

a. Kiểm tra điều kiện bền chịu uốn:

Tại tiết diện có lỗ giảm yếu:

ó =

M

Wth

≤ ãR

Tại tiết diện có mômen uốn lớn nhất:

ó =

M max + M bt

Wth

≤ ãR

Trong đó:

M _ Mômen uốn tại tiết diện cần kiểm tra;

M max _ Mômen uốn lớn nhất;

M bt _ Mômen uốn do trọng lượng bản thân dầm gây ra;

Wth _ Mômen chống uốn thực tế của tiết diện dầm cần kiểm tra (không kể phần

giảm yếu).

b. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt:

4-6

Chương 4. Dầm thép

ô =

Qmax S c

Iä b

Hình 4.6. Sơ đồ xác định chiều dài quy ước

chịu tải trọng cục bộ của bản bụng dầm.

≤ ãRc

Trong đó:

Qmax _ Lực cắt lớn nhất trong dầm;

S c _ Mômen tĩnh của một nửa tiết diện đối xứng qua trục trung hòa;

I _ Mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x – x;

ä b _ Chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm;

Rc _ Cường độ tính toán chịu cắt của thép làm dầm.

c. Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suất cục bộ:

Điều kiện này chỉ cần kiểm tra khi có lực tập trung tác dụng ở cánh trên của dầm

mà tại đó bản bụng không có sườn đứng gia cường (hình 4.7).

ó cb =

P

ä b z

≤ ãR

Trong đó:

P _ Lực tập trung;

z _ Chiều dài chịu tải quy ước của bản bụng dầm, xác định bằng công thức:

z = bc + 2ä c

Với

ä b , ä c _ Chiều dày bản bụng và bản cánh dầm;

bc _ Chiều dài thực tế truyền tải trọng tập trung lên dầm.

d. Kiểm tra độ võng của dầm

Điều kiện:

4-7

Chương 4. Dầm thép

f

l

⎡ f ⎤

⎣ l ⎦

Trong đó:

f

l

_ Độ võng tương đối của dầm do tải trọng tiêu chuẩn gây ra;

⎡ f ⎤

cấu thép hoặc phụ lục.

e. Kiểm tra ổn định tổng thể (xem ở mục 4.5).

4.4. Thiết kế dầm tổ hợp

Do có ưu điểm trọng lượng nhẹ, tiết kiệm vật liệu nên dầm tổ hợp được sử dụng

rộng rãi khi có nhịp và tải trọng lớn ( l > 12m, q = 2000daN/m). Việc tính toán được thực

hiện như sau:

4.4.1. Chọn tiết diện dầm

4.4.1.1. Xác định nội lực dầm: M , Q .

4.4.1.2. Chọn loại thép làm dầm.

4.4.1.3. Xác định mômen chống uốn yêu cầu của tiết diện: Wyc .

4.4.1.4. Xác định chiều cao dầm: hd .

Chọn hd theo những điều kiện đã nêu ở phần “Các kích thước chính của dầm”.

4.4.1.5. Xác định chiều dày bản bụng dầm:

Thông qua các điều kiện bản bụng đủ chịu lực cắt lớn nhất tác dụng lên dầm:

ä b ≥

3 Qmax

2 hRc

Ngoài ra, chiều dày bản bụng dầm còn thỏa mãn điều kiện cấu tạo: ä b ≥ 8mm.

4.4.1.6. Xác định tiết diện cánh dầm

a. Đối với dầm hàn:

Trường hợp này chỉ sử dụng một bản thép cho mỗi cánh dầm, nên kích thước của

cánh dầm chính là chiều dày và chiều rộng cánh dầm: ä c và bc .

Tính diện tích bản cánh:

Trước hết, ta có:

I c = I d − I b = Wyc

hd

2

−

hb ä b

12

Trong đó:

I c _ Mômen quán tính của tiết diện hai cánh dầm đối với trục trung hòa;

I d , I b _ Mômen quán tính của tiết diện dầm và của bản bụng dầm;

4-8

Chương 4. Dầm thép

Mà

⎛ h ⎞

⎝ 2 ⎠

2

Vậy

⎛   h   ä h 3 ⎞ 2

⎝    2   12 ⎠ hc

Chọn chiều dày cánh: Nên lấy lớn hơn chiều dày bản bụng và nhỏ hơn 30mm,

thường vào khoảng 12 – 24mm.

Tính chiều rộng cánh theo điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh:

bc

ä c

≤

E

R

Riêng với dầm có tiết diện đối xứng, nên chọn: bc ≤ 30ä c .

Ngoài ra, bc còn phải đảm bảo các yêu cầu cấu tạo:

bc = (1 / 2 → 1 / 5)hd ; bc ≥ 180mm; bc ≥

1

10

hd

b. Đối với dầm bulông (đinh tán)

Trường hợp này, mỗi cánh dầm gồm hai thép góc và có thể thêm một hoặc hai bản

thép (bản đậy). Vì vậy, việc xác định kích thước cánh dầm sẽ theo các bước sau:

Chọn thép cánh dầm: Có thể sử dụng thép góc đều hai cánh hoặc không đều cánh

nhưng thông thường để đơn giản nên chọn thép góc đều cánh. Thép góc cánh dầm được

chọn theo yêu cầu cấu tạo:

bg = (1 / 9 → 1 / 12)hd

ä g = ä b ;

ä g = (1 / 10 → 1 / 11)bg

Xác định tiết diện bản đậy:

Ta có:

I đ = I d − I b − I g = Wyc

hd

2

h .ä

12

Trong đó:

I g _ Mômen quán tính của tiết diện một thép góc đối với trục trung hòa của dầm;

a g _ Khoảng cách từ trọng tâm thép góc đối với trục trung hòa của dầm;

Ag _ Diện tích tiết diện một thép góc;

I đ _ Mômen quán tính tiết diện các bản đậy hai cánh đối với trục trung hòa;

4-9

Chương 4. Dầm thép

Mà:

⎛ h ⎞

⎝ 2 ⎠

2

Trong đó:

hd _ Khoảng cách trọng tâm các bản đậy ở hai cánh dầm, có thể lấy:

hđ = hd − (12 → 24)mm ;

n1 _ Số lượng bản đậy ở một cánh dầm.

Vậy:

bdä d =

1

n1hd

⎡       h 3            ⎤

⎣       6             ⎦

Dựa vào các yêu cầu cấu tạo, có thể chọn bđ > 2bg + ä b và a1 ≤ 15ä b (khi cánh dầm

có một bản đậy), a1 ≤ 8ä đ (khi cánh dầm có hai bản đậy), với a1 là khoảng cách từ mép

bản đậy đến tâm đinh tán đầu tiên.

4.4.2. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

4.4.2.1. Kiểm tra điều kiện bền

a. Kiểm tra điều kiện bền uốn:

Điều kiện này được kiểm tra tại tiết diện dầm chỉ có mômen uốn tác dụng.

ó =

M

Wth

≤ ãR

b. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt:

Điều kiện này được kiểm tra tại tiết diện dầm chỉ có lực cắt tác dụng.

ô =

Qmax S c

Iä b

≤ ãRc

c. Kiểm tra điều kiện bền tại tiết diện dầm chịu tác dụng của cả mômen và lực cắt,

lúc này cần kiểm tra theo ứng suất tương đương:

ó tđ = ó 1 + 3ô 1 ≤ 1,15R

Với

ó 1 =

ô 1 =

Mh0

Whd

QSc

J bä b

;

Trong đó:

M , Q _ Mômen và lực cắt tại tiết diện kiểm tra;

4-10

Chương 4. Dầm thép

S c _ Mômen quán tính tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hòa của tiết diện

dầm;

h0 _ Chiều cao bản bụng dầm (với dầm hàn) hoặc khoảng cách hai tâm bulông liên

kết bản bụng với thép góc hai cánh dầm (với dầm bulông).

d. Ngoài ra, khi cánh trên dầm có lực tập trung tác dụng mà tại đó không có sườn

gia cường thì cần kiểm tra ứng suất cục bộ cho bản bụng (giống trường hợp dầm

hình).

4.4.2.2. Kiểm tra điều kiện độ võng

Chỉ kiểm tra điều kiện này khi thiết kế chọn hd < hmin . Công thức kiểm tra gần

giống dầm hình.

4.4.2.3. Kiểm tra ổn định tổng thể dầm chính (trình bày ở mục 4.5).

4.4.3. Các phương pháp thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài

Khi thiết kế, tiết diện dầm thường được chọn theo giá trị nội lực nên ở những vị trí

khác (vị trí có nội lực nhỏ hơn) sẽ gây lãng phí vật liệu và làm tăng trọng lượng toàn

dầm. Vì vậy, đối với dầm tổ hợp có chiều dài l ≥ 10m nên thay đổi tiết diện dầm. Thông

thường có các thay đổi tiết diện dầm như sau:

4.4.3.1. Thay đổi chiều dài dầm ( hd ):

h0 ≥ 0,4hd

Phương pháp này có nhược điểm là chế tạo phức tạp, có thể bản bụng không đủ

chịu lực cắt nên thường được dùng đối với dầm đơn giản.

4.4.3.2. Thay đổi chiều dài cánh ( ä c ):

Cách này thường sử dụng với dầm bulông (đinh tán) bằng cách giảm bớt số lượng

bản đậy ở cánh dầm.

4.4.3.3. Thay đổi bề rộng cánh ( bc ): Là phương pháp hợp lý nhất.

Thay đổi liên tục:

b1 ≥

bc

2

b1 ≥ 180mm

Cách này có thể tiết kiệm 20% vật liệu nhưng ít khi sử dụng do chỗ nối ở giữa dầm

là nơi chịu lực lớn.

Thay đổi không liên tục:

b0 ≥

bc

2

b0 ≥ 180mm

Chỉ nên thay đổi bề rộng cánh một lần vì những lần sau sẽ không hiệu quả kinh tế.

Trường hợp này có thể tiết kiệm được 10 – 12% vật liệu.

4-11

Chương 4. Dầm thép

Hình 4.7. Các cách thay đổi tiết diện dầm.

4.5. Ổn định tổng thể của dầm thép

4.5.1. Hiện tượng và nguyên nhân (hình 4.8).

Hình 4.8. Mất ổn định tổng thể của dầm.

Khi tải trọng tác dụng vào dầm đạt đến một giá trị nào đó, dầm không những bị biến

dạng trong mặt phẳng uốn mà còn bị biến dạng ngoài mặt phẳng uốn. Lúc này, dầm bị

uốn và xoắn đồng thời, dầm sẽ bị vênh khỏi mặt phẳng uốn, dần dần bị phá hoại, hiện

tượng đó được gọi là hiện tượng mất ổn định tổng thể.

Nguyên nhân của việc mất ổn định tổng thể là do khi thiết kế thường tính toán chọn

tiết diện dầm theo mặt phẳng mômen uốn nên độ cứng của một hướng lớn hơn nhiều so

4-12

Chương 4. Dầm thép

với độ cứng của hướng khác. Vì vậy, dù tải trọng được đặt đúng mặt phẳng đối xứng thì

dầm cũng chỉ giữ được trong một phạm vi tải trọng nhất định, vượt quá phạm vi đó, dầm

sẽ mất ổn định.

4.5.2. Tính toán

Nếu dầm thỏa mãn một trong hai điều kiện sau thì không cần kiểm tra điều kiện ổn

định tổng thể:

Khi cánh nén của dầm được liên kết chắc chắn với bản sàn thép hoặc sàn bêtông cốt

thép.

Khi dầm có tỷ số:

l0

bc

≤ 16

Kiểm tra ổn định tổng thể theo công thức:

(Ở đây chỉ xét trường hợp dầm tiết diện chữ I có hai trục đối xứng).

ó =

M max

ϕ dWcn

≤ 0,95R

Trong đó:

M max _ Mômen uốn lớn nhất trong dầm;

Wcn _ Mômen chống uốn của tiết diện nguyên của dầm (không kể đến phần giảm

yếu) lấy đối với cánh nén.

0,95_ Hệ số điều kiện làm việc khi kiểm tra ổn định tổng thể của dầm;

ϕ d _ Hệ số kể đến sự giảm khả năng chịu uốn của dầm khi xét đến điều kiện ổn

định tổng thể, được tính như sau:

ϕ d = ϕ1 ;          khi ϕ1 ≤ 0,85;

ϕ d = 0,68 + 0,21ϕ1 ≤ 1

khi ϕ1 > 0,85;

ϕ1 được xác định theo công thức:

2

I x ⎝ l0 ⎠ R

Trong đó:

ø _ Hệ số tính toán theo bảng 4.2.

Bảng 4.2. Hệ số ø đối với dầm chữ I có hai trục đối xứng

4-13

Chương 4. Dầm thép

Với

I ⎛ l ⎞

I y ⎝ h ⎠

2

nếu là dầm hình;

⎛ l ä ⎞

⎝ hcbc ⎠

2

⎛

⎝

⎟

nếu là dầm tổ hợp.

Trong đó:

I xn _ Mômen quán tính khi xoắn của tiết diện dầm;

I y _ Mômen quán tính đối với trục y (trục vuông góc với mặt phẳng uốn của dầm);

h _ Chiều cao tiết diện dầm;

l0 _ Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh nén (khoảng cách giữa các

điểm cố kết cánh nén của dầm);

hc _ Khoảng cách trọng tâm hai cánh dầm.

a = 0,5hc

4.6. Ổn định cục bộ bản bụng và cánh dầm tổ hợp

4.6.1. Bản bụng dầm

Bụng dầm tổ hợp được làm từ tấm thép mỏng, khi chịu lực có thể biến thành mặt

cong hay mặt sóng, gây mất ổn định cục bộ dẫn đến phá hoại dầm. Như vậy, cần tính

toán để bản bụng dầm không bị mất ổn định trước khi dầm bị phá hoại do không còn khả

năng chịu lực hoặc mất ổn định tổng thể.

Phương pháp tăng cường ổn định cho bản bụng là đặt thêm các cặp sườn đứng và

ngang vào bản bụng dầm (hình 4.9).

Khi

h0

ä b

≤ 80 : không cần gia cố thêm sườn;

4-14

Chương 4. Dầm thép

Khi

h0

ä b

> 80 : phải đặt thêm các cặp sườn đứng, khoảng cách giữa các sườn đứng

không vượt quá 2h0 . Kích thước sườn đứng thường lấy là: chiều rộng sườn:

bs ≥

h0

30

+ 40mm ; chiều dày sườn: ä s ≥

1

15

bs ; chiều cao sườn bằng khoảng các trong giữa

hai cánh dầm.

Khi

h0

ä b

> 160 : phải đặt thêm sườn dọc song song với cánh dầm (hình 4.9).

Hình 4.9. Gia cố sườn tổ hợp.

Chú ý: Ở nơi có tải trọng tập trung nên đặt sườn chống đứng dưới lực ấy, sườn

chống phải được đặt cả hai bên bản bụng và đối xứng với bản bụng.

4.6.2. Bản cánh dầm

Điều kiện:

b0

ä c

≤ 0,5

E

R

Trong đó:

b0 _ Chiều rộng phần nhô ra của bản cánh;

ä c _ Chiều dày bản cánh.

4.7. Cấu tạo và tính toán các chi tiết của dầm

4.7.1. Mối nối dầm

Thông thường có hai loại:

Mối nối trong nhà máy: mối nối này được sử dụng khi thép không đủ chiều dài,

hoặc để liên kết từng bộ phận riêng lẻ thành cấu kiện (ví dụ: liên kết bản bụng và bản

cánh dầm).

Mối nối công trường: mối nối này được sử dụng khi cấu kiện có trọng lượng quá

lớn, phải chia ra thành các bộ phận để tiện cho việc chuyên chở, dựng lắp...

Mỗi mối nối đều phải tính toán, ở đây sẽ chia thành các dạng mối nối đối với dầm

hình và dầm tổ hợp.

4-15

Chương 4. Dầm thép

4.7.1.1. Đối với dầm hình

Có thể sử dụng những cách nối như hình 4.10.

Trên thực tế để tránh cấu tạo phức tạp và chịu tải trọng động kém của liên kết hàn

sử dụng bản nối, nên dùng đường hàn đối đầu thẳng góc. Nếu không đủ khả năng chịu

lực thì dùng đường hàn đối đầu xiên hoặc cải thiện chất lượng đường hàn bằng cách dùng

que hàn loại tốt, hàn tự động hay có phương pháp kiểm tra chính xác. Nếu sử dụng

phương pháp hàn thủ công thì chỉ được phép hàn nối ở những tiết diện có:

M ≤ 0,85M max , muốn hàn ở những tiết diện có M > 0,85M max thì buộc phải sử dụng liên

kết có bản nối.

Hình 4.10. Nối dầm hình

4-16

Chương 4. Dầm thép

4.7.1.2. Đối với dầm hàn (hình 4.11)

Hình 4.11. Nối dầm tổ hợp

Do độ bền chịu nén của đường hàn đối đầu không nhỏ hơn độ bền của thép làm dầm

nên có thể sử dụng đường hàn đối đầu nối cánh nén và bản bụng dầm. Với đường hàn nối

cánh chịu kéo của dầm, nên sử dụng đường hàn đối đầu xiên góc 450 - 600 để tăng khả

năng chịu lực của mối nối.

Tính toán mối nối xem các công thức ở chương liên kết.

Chú ý: Nếu sử dụng mối nối trong nhà máy thì nên bố trí các đường hàn cánh nén,

cánh kéo và đường hàn nối bụng dầm ở các vị trí khác nhau để tránh phát sinh ứng suất

phụ. Nếu sử dụng mối nối công trường thì nên bố trí các đường hàn này ở cùng một tiết

diện để tránh các phần nhô ra sẽ gây khó khăn cho vận chuyển, lắp ráp. Lúc này, các

đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm (đường hàn trong nhà máy) cần để lại mỗi bên

một đoạn 500mm, sau đó sẽ được hàn tiếp tại công trường. Thứ tự thục hiện các đường

hàn như hình 4.12.

Hình 4.12. Thứ tự thực hiện các đường hàn

4-17

Chương 4. Dầm thép

4.7.1.3. Đối với mối nối dầm tổ hợp dùng bulông (hình 4.13)

Hình 4.13. Mối nối dầm tổ hợp bằng bulông

Nối dầm bằng bulông cường độ cao có nhiều ưu điểm so với liên kết hàn như: thi

công lắp ghép đơn giản, chất lượng cao. Vì vậy, hiện nay phương pháp này được sử dụng

khá phổ biến.

Mối nối phải tuân theo các yâu cầu cấu tạo như đối với liên kết bulông (chương liên

kết).

Tính toán mối nối như sau:

a. Phân phối nội lực:

Mômen được phân phối cho mối nối bụng và cánh dầm theo độ cứng:

Mối nối cánh dầm:

M c =

MI c

I d

Mối nối bụng dầm:

M b =

MI b

I d

Lực cắt do mối nối bụng dầm chịu toàn bộ, khi tính toán coi như phân bố đều trên

mỗi bulông.

b. Tính toán liên kết:

* Mối nối bụng dầm:

Chọn đường kính bulông ( d );

Chọn và bố trí bulông ở một phía mối nối ( n );

Kiểm tra bền mối nối:

Khi mối nối chỉ chịu tác dụng của mômen:

4-18

Chương 4. Dầm thép

N blM ≤ [N ]blc

Khi mối nối chịu tác dụng của mômen và lực cắt đồng thời:

2        2

Trong đó:

N blM _ Lực lớn nhất tác dụng lên một bulông do mômen gây ra (lực tác dụng lên

mỗi bulông ở hàng ngoài cùng), được xác định bằng công thức:

N blM =

M bln

k ∑ li2

Với

k _ Số bulông trên một dãy ở một phía của mối nối;

ln _ Khoảng cách giữa hai hàng bulông ngoài cùng;

li _ Khoảng cách giữa các hàng bulông (được lấy như hình 3.28);

N blQ _ Lực tác dụng lên mỗi bulông do lực cắt gây ra và được tính theo công thức:

N blQ =

Q

n

[N ]blc

_ Khả năng chịu cắt của một bulông cường độ cao (xác định theo công thức

ở chương liên kết).

* Mối nối cánh dầm:

Chọn đường kính bulông ( d ).

Xác định lực tác dụng lên mối nối:

N c =

M c

hbn

Trong đó:

hbn _ Khoảng cách trọng tâm tiết diện các bản nối ở hai cánh dầm (hình 3.31).

Xác định số lượng bulông ở một phía mối nối cánh dầm:

nc =

N c

[N ]blc

4.7.2. Cấu tạo và tính toán phần dầm ở gối tựa

Thông thường dầm thép được tựa lên cột thép hoặc bêtông cốt thép, gạch đá. Dưới

đây sẽ trình bày trường hợp dầm tựa lên cột thép dưới hình thức liên kết khớp.

Cấu tạo đầu dầm tựa vào cột thép được giới thiệu như hình 4.14.

4-19

Chương 4. Dầm thép

Hình 4.14. Đầu dầm tựa vào cột thép

Ở đầu dầm hoặc gần dầu dầm cần đặt thêm sườn gối (trừ những dầm hình, nhịp và

tải trọng bé) để phản lực gối tựa truyền đúng trọng tâm. Sườn gối được hàn với bản bụng

dầm, đầu dưới sườn nên nhô khỏi cánh dưới dầm một đoạn a = 10 – 20mm.

Vậy việc tính toán liên kết gồm các bước:

Xác định kích thước sườn gối:

Diện tích sườn gối (từ điều kiện bền và điều kiện ép mặt):

As ≥

P

ãRem

Trong đó:

Rem _ Cường độ tính toán của thép chịu ép mặt tì đầu;

ã _ Hệ số điều kiện làm việc.

Chiều rộng sườn gối: (theo điều kiện ổn định cục bộ)

b ≤ 0,5ä s

E

R

Chiều dày sườn gối:

4-20

Chương 4. Dầm thép

P

bsãRem

Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng dầm của phần dầm ở gối tựa: phần dầm này bao

gồm tiết diện sườn gối và một phần bản bụng dầm c1 = 0,65ä b

E

R

ở mỗi phía sườn gối

(phần gạch chéo trên hình vẽ). Khi tính toán, coi phần dầm này như một thanh quy ước

có chiều dài bằng chiều cao bản bụng dầm, hai đầu liên kết khớp, chịu lực nén đúng tâm.

Kiểm tra theo công thức:

ó =

P

ϕ.A

≤ ãR

Trong đó:

ϕ _ Hệ số uốn dọc, được tra bảng phụ lục phụ thuộc độ mảnh ë =

h0

I z

(với: I z là

bán kính quán tính của tiết diện thanh quy ước đối với trục Z trùng với trục dọc

dầm).

A _ Diện tích tiết diện thanh quy ước, được xác định bằng công thức:

A = As + Abqu

Với

Abqu = 2.0,65ä b .

E

R

khi sườn bố trí gần đầu dầm;

Abqu = 0,65ä b .

E

R

khi sườn bố trí ngay đầu dầm.

Chú ý: Khi sườn bố trí gần đầu dầm, nhưng khoảng cách từ đầu dầm đến sườn gối

nhỏ hơn 0,65d b

E

R

thì khoảng cách này được lấy theo thực tế.

Chương 4. Dầm thép ................................................................................... 4-1

4.1. Đại cương về dầm và hệ dầm ...........................................................................4-1

4.2. Các kích thước chính của dầm .........................................................................4-3

4.3. Thiết kế dầm hình.............................................................................................4-6

4.4. Thiết kế dầm tổ hợp..........................................................................................4-8

4.5. Ổn định tổng thể của dầm thép ......................................................................4-12

4.6. Ổn định cục bộ bản bụng và cánh dầm tổ hợp ...............................................4-14

4.7. Cấu tạo và tính toán các chi tiết của dầm .......................................................4-1