Kiểm tra tiêu chuẩn các cấu kiện liên kết thép (HKG)

Ứng suất tương đương kết quả (HMH, von Mises) và biến dạng dẻo được tính toán trên các bản thép. Khi cường độ chảy thiết kế, \(p_y\) (Điều 3.1.2), trên biểu đồ vật liệu hai đường tuyến tính đạt đến, việc kiểm tra biến dạng dẻo tương đương được thực hiện. Giá trị giới hạn 5% được đề xuất trong Eurocode (EN 1993-1-5 Phụ lục C, Điều C8, Ghi chú 1). Giá trị này có thể được điều chỉnh trong Cài đặt tiêu chuẩn nhưng các nghiên cứu kiểm chứng đã được thực hiện với giá trị khuyến nghị này. 

Phần tử bản được chia thành năm lớp, và ứng xử đàn hồi/dẻo được khảo sát trong từng lớp. Chương trình hiển thị kết quả bất lợi nhất trong tất cả các lớp.

Ứng suất có thể cao hơn một chút so với cường độ chảy thiết kế. Lý do là độ nghiêng nhỏ của nhánh dẻo trong biểu đồ ứng suất - biến dạng, được sử dụng trong phân tích để cải thiện sự ổn định của quá trình tính toán.

\[ p_y = \min \left \{ \frac{Y_s}{\gamma_{m1}}, \frac{U_s}{\gamma_{m2}} \right \} \]

trong đó:

• \(p_y\) – cường độ chảy thiết kế
• \(Y_s\) – cường độ chảy đặc trưng
• \(U_s\) – cường độ kéo tối thiểu
• \(\gamma_{m1}\) – hệ số vật liệu (Bảng 4.1); giá trị mặc định \(\gamma_{m1} = 1\) có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
• \(\gamma_{m2}\) – hệ số vật liệu (Bảng 4.1); giá trị mặc định \(\gamma_{m2} = 1.2\) có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn

Mối hàn đối đầu

Mối hàn đối đầu ngấu hoàn toàn được áp dụng và khả năng chịu lực của chúng được coi là bằng với vật liệu cơ bản – Điều 9.2.5.2.1.

Mối hàn góc

Mối hàn góc được thiết kế theo phương pháp đơn giản hóa theo Điều 9.2.5.1.6. 

\[ f_w \le p_w \]

• \(f_w = \sqrt{\sigma_\perp ^2 + \tau_\perp ^2 + \tau_\parallel ^2}\) – tổng vectơ ứng suất tại họng mối hàn theo tất cả các phương
• \(p_w\) – cường độ thiết kế của mối hàn góc xác định theo Bảng 9.2a và 9.2b; đối với các trường hợp không được đề cập trong Bảng 9.2a và 9.2b:

  • \(p_w = \min \{0.5 U_e, 0.55 U_s\}\) – đối với điện cực EN dùng với thép EN
  • \(p_w = 0.38 \min \{U_e, U_s\}\) – đối với các trường hợp khác
• \(U_e\) – cường độ kéo tối thiểu của điện cực
• \(U_s\) – cường độ kéo tối thiểu

Chiều dài hiệu quả của mối hàn góc được giảm đi \(2\cdot s\) theo Điều 9.2.5.1.3, trong đó \(s\) là kích thước cạnh mối hàn góc được lấy bằng \(a\cdot \sqrt{2}\).

Bảng 9.2a và 9.2b: Cường độ thiết kế \(p_w\) [MPa]

Cường độ kéo tối thiểu mặc định của điện cực \(U_e\) [MPa]

Biểu đồ mối hàn thể hiện ứng suất theo công thức sau:

\[ \sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 } \]

Bu lông chịu kéo

Khả năng chịu kéo của bu lông được kiểm tra tiêu chuẩn theo Điều 9.3.7.1 như sau:

\[ P_t = A_s \cdot p_t \]

trong đó:

• \(A_s\) – diện tích chịu ứng suất kéo
• \(p_t\) – cường độ chịu kéo lấy từ Bảng 9.8

Lực bẩy được tính đến thông qua phân tích phần tử hữu hạn.

Bu lông chịu cắt

Khả năng chịu cắt của bu lông được lấy theo Điều 9.3.6.1.1 như sau:

\[ P_s = p_s \cdot A_s \]

trong đó:

• \(p_s\) – cường độ chịu cắt thiết kế lấy từ Bảng 9.5
• \(A_s\) – diện tích chịu cắt hiệu dụng; \(A_s = A_t\) nếu ren bu lông nằm trong mặt phẳng cắt, ngược lại \(A_s\) lấy bằng diện tích mặt cắt ngang thân bu lông
• \(A_t\) – diện tích chịu kéo 

Theo Điều 9.3.6.1.6, khi bu lông đi qua lớp đệm có chiều dày \(t_{pa}\) lớn hơn một phần ba đường kính danh nghĩa \(d\), khả năng chịu cắt \(P_s\) cần được giảm bằng cách nhân với hệ số giảm \(\beta_p\) xác định theo:

\[ \beta_p = \frac{9d}{8d+3t_{pa}} \le 1 \]

Bu lông chịu kết hợp kéo và cắt

Kết hợp kéo và cắt được kiểm tra tiêu chuẩn theo Điều 9.3.8.1 như sau:

\[ \frac{F_s}{P_s} + \frac{F_{tot}}{P_t} \le 1.4 \]

trong đó:

• \(F_s\) – lực cắt trong bu lông
• \(P_s\) – khả năng chịu cắt của bu lông
• \(F_{tot}\) – tổng lực kéo tác dụng lên bu lông bao gồm lực bẩy
• \(P_t\) – khả năng chịu kéo của bu lông

Bu lông chịu áp lực mặt tựa

Khả năng chịu áp lực mặt tựa của bu lông được lấy theo Điều 9.3.6.1.2 như sau:

\[ P_{bb} = d \cdot t_p \cdot p_{bb} \]

trong đó:

• \(d\) – đường kính danh nghĩa của bu lông
• \(t_p\) – chiều dày bản thép liên kết
• \(p_{bb}\) – cường độ chịu áp lực mặt tựa của bu lông lấy từ Bảng 9.6

Mỗi bản thép được kiểm tra riêng và kết quả bất lợi nhất được hiển thị.

Khả năng chịu áp lực mặt tựa của các bộ phận liên kết được lấy theo Điều 9.3.6.1.3 là giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

\[ P_{bs} = k_{bs} \cdot d \cdot t_p \cdot p_{bs} \]

\[ P_{bs} = 0.5 \cdot k_{bs} \cdot e \cdot t_p \cdot p_{bs} \]

\[ P_{bs} = 1.5 \cdot l_c \cdot t_p \cdot U_s \le 2.0 \cdot d \cdot t_p \cdot U_b \]

trong đó:

• \(k_{bs}\) – hệ số lỗ bu lông lấy bằng

  • đối với lỗ tiêu chuẩn \(k_{bs} = 1.0\)
  • đối với lỗ quá cỡ và lỗ dài ngắn \(k_{bs} = 0.7\)
  • đối với lỗ dài \(k_{bs} = 0.5\)
• \(d\) – đường kính danh nghĩa của bu lông
• \(t_p\) – chiều dày bản thép liên kết
• \(p_{bs}\) – cường độ chịu áp lực mặt tựa của các bộ phận liên kết

  • đối với thép mác S275, \(p_{bs} = 460\) MPa
  • đối với thép mác S355, \(p_{bs} = 550\) MPa
  • đối với thép mác S460, \(p_{bs} = 670\) MPa
  • đối với thép các mác khác, \(p_{bs} = 0.67 (U_s+Y_s)\)
• \(e\) – khoảng cách từ mép đến tâm bu lông theo phương lực cắt
• \(l_c\) – khoảng cách thông thủy giữa mép chịu lực của lỗ và mép gần nhất của lỗ kề bên theo cùng phương truyền lực
• \(U_s\) – cường độ chịu kéo tối thiểu của bản thép liên kết
• \(Y_s\) – giới hạn chảy đặc trưng của bản thép liên kết
• \(U_b\) – cường độ chịu kéo tối thiểu quy định của bu lông

Khả năng chịu cắt

Khả năng chịu cắt của bu lông siết trước được xác định theo Điều 9.3.6.2 như sau:

\[ P_{SL} = 0.9 \cdot K_s \cdot \mu \cdot P_0 \]

trong đó:

• \(K_s\) – hệ số lỗ, lấy như sau

  • đối với lỗ tiêu chuẩn \(K_s = 1.0\)
  • đối với lỗ quá cỡ \(K_s = 0.85\)
  • đối với lỗ dài \(K_s = 0.7\)
• \(\mu\) – hệ số trượt giữa các bộ phận liên kết theo Bảng 9.7; có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• \(P_0\) – tải trọng thử nghiệm tối thiểu của bu lông được quy định trong các tiêu chuẩn quốc tế hoặc địa phương có liên quan

Tổ hợp kéo và cắt

Tổ hợp kéo và cắt được kiểm tra tiêu chuẩn theo Điều 9.3.8.2 như sau:

\[ \frac{F_s}{P_{SL}}+\frac{F_{tot}}{0.9\cdot P_0} \le 1.0 \]

trong đó:

• \(F_s\) – lực cắt trong bu lông
• \(P_{SL}\) – khả năng chịu trượt của bu lông siết trước
• \(F_{tot}\) – tổng lực kéo tác dụng lên bu lông bao gồm lực bẩy
• \(P_0\) – tải trọng thử nghiệm tối thiểu quy định của bu lông siết trước

Bê tông chịu ép mặt

Bê tông chịu ép mặt được kiểm tra theo CoP – SUoS – Cl. 9.4.1 như sau:

\[ \sigma \le w \]

trong đó:

• \(\sigma\) – ứng suất nén trung bình tại diện tích hiệu dụng \(A_{eff}\) là giao của hai diện tích:

  • \(A_{CM}\) – diện tích hiệu dụng xác định theo Cl. 9.4.1 cho trường hợp nén thuần túy
  • \(A_{FEM}\) – diện tích dưới bản mã chân cột tiếp xúc với bê tông xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn
• \(w = 0.6 f_{cu}\) – khả năng chịu nén của bê tông dưới tải trọng tập trung 
• \(f_{cu}\) – cường độ chịu nén đặc trưng tối thiểu của bê tông

Diện tích hiệu dụng \(A_{CM}\) là diện tích của cấu kiện thép bao gồm các sườn tăng cứng hàn vào bản mã chân cột được mở rộng thêm một khoảng \(c\):

\[ c = t_p \sqrt{\frac{p_{yp}}{3w}} \]

trong đó:

• \(t_p\) – chiều dày bản mã chân cột
• \(p_{yp}\) – cường độ chảy thiết kế của bản mã chân cột

Áp lực dưới vùng nén được coi là đều.

Truyền lực cắt

Lực cắt tại bản mã chân cột được giả định truyền từ cột xuống móng bê tông bằng:

1. Ma sát giữa bản mã chân cột và bê tông/vữa lót
2. Chốt chịu cắt
3. Bu lông neo

Neo

Lực kéo trong các neo bao gồm lực bẩy và được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn.

Neo không được kiểm tra trong phần mềm.

Bu lông

Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông theo Điều 9.3.1.1: Khoảng cách tâm đến tâm bu lông phải lớn hơn \(2.5 \cdot d\), trong đó \(d\) là đường kính danh nghĩa của bu lông.

Khoảng cách tối thiểu từ tâm bu lông đến mép theo Bảng 9.3:

Mối hàn

Kích thước chân hàn góc tối thiểu được kiểm tra theo Bảng 9.1.

Thiết kế theo năng lực chịu lực không được yêu cầu bởi các tiêu chuẩn Hồng Kông.

Các nút liên kết được phân loại theo độ cứng nút thành:

• Ngàm cứng – các nút liên kết có sự thay đổi không đáng kể về góc ban đầu giữa các cấu kiện,
• Liên kết bán cứng – các nút liên kết được giả định có khả năng cung cấp mức độ hạn chế uốn đáng tin cậy và đã biết,
• Khớp – các nút liên kết không phát sinh mô men uốn.

Các nút liên kết được phân loại theo EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2.

• Ngàm cứng – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
• Liên kết bán cứng – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
• Khớp – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)

trong đó:

• S_j,ini – độ cứng ban đầu của nút liên kết; độ cứng nút được giả định tuyến tính đến 2/3 của M_j,Rd
• L_b – chiều dài lý thuyết của cấu kiện được phân tích; đặt trong thuộc tính cấu kiện
• E – mô đun đàn hồi Young
• I_b – mô men quán tính của cấu kiện được phân tích
• k_b = 8 đối với khung mà hệ giằng giảm chuyển vị ngang ít nhất 80%; k_b = 25 đối với các khung khác, với điều kiện ở mỗi tầng K_b/K_c ≥ 0.1. Giá trị k_b = 25 được sử dụng trừ khi người dùng đặt "hệ giằng" trong Cài đặt tiêu chuẩn.
• M_j,Rd – khả năng chịu mô men thiết kế của nút liên kết
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c