Dầm IPE 450 vào cột HEB 340
Loại liên kết: Nút liên kết một phía có gia cường
Hệ đơn vị: Hệ mét
Thiết kế theo: EN 1993-1-8 và EN 1998-1
Kiểm tra: Bản thép, bu lông
Thép: Cấp S355
Bu lông: M30 Cấp 10.9
Ví dụ được lấy từ R. Landolfo et al. Design of Steel Structures for Buildings in Seismic Areas, ECCS Eurocode Design Manual. Wiley, 2017.
Hình học
Dầm IPE 450 được liên kết với cột HEB 340 qua nút liên kết bản mã đầu dầm có gia cường. Phần gia cường tạo góc 35° với bụng dầm, chiều dày bụng và cánh lần lượt là 9,4 mm và 18 mm. Chiều cao phần gia cường là 178 mm và chiều dài là 250 mm. Cột được tăng cứng bằng các bản liên tục dày 15 mm và bằng các bản ốp bụng từ cả hai phía, mỗi bên dày 10 mm. Chiều cao các bản ốp bụng bằng chiều cao bản mã đầu dầm. Bản mã đầu dầm có chiều dày 35 mm.
Tải trọng tác dụng
Nút liên kết chịu mô men uốn có thể xảy ra tại vị trí hình thành khớp dẻo trong dầm MEd = γsh ⋅ fy,ov ⋅ Wpl và lực cắt tương ứng VEd = 2 ⋅ MEd / Lh, trong đó:
- γsh = 1,2 – hệ số hóa bền biến dạng
- fy,ov = γov ⋅ fyk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – giới hạn chảy có thể xảy ra của dầm
- γov = 1,25 – hệ số dư bền
- fyk = 355 MPa – giới hạn chảy đặc trưng
- Lh = 6 150 mm – khoảng cách giữa các khớp dẻo trên dầm
Vị trí tải trọng trên dầm được đặt tại vị trí dự kiến hình thành khớp dẻo.
Tính toán thủ công
Các cấu kiện của liên kết chịu mô men uốn tại mặt cột, tức là Mj,Ed = 981,5 kNm.
Khả năng chịu uốn dẻo của tiết diện có gia cường: 955,6 kNm – Không đạt
Bụng cột chịu cắt: Chịu lực cắt Vwp,Ed = 1581,2 kN, khả năng chịu lực của cấu kiện Vwp,Rd = 1631,5 kN – Đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men âm (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 1018,8 kNm – Đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men dương (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 1080,6 kNm – Đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men âm (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 876,1 kNm – Không đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men dương (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 929,2 kNm – Không đạt
Khả năng chịu lực của liên kết với mô men âm là Mj,Rd = 876,1 kNm và với mô men dương là Mj,Rd = 929,2 kNm.
Mô men tại mặt cột không kể hệ số dư bền và hệ số hóa bền biến dạng của dầm: MEd = 654,3 kNm, lực cắt tương ứng VEd = 196,5 kNm. Tất cả các kiểm tra cấu kiện đều đạt với tải trọng này.
Các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại:
- bụng cột – mạnh
- liên kết – cân bằng
Kết quả IDEA StatiCa
Tất cả các kiểm tra cấu kiện và kiểm tra biến dạng trên các bản thép không tiêu tán đều đạt, do đó các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại là:
- bụng cột: mạnh
- liên kết: mạnh
Để xác định khả năng chịu tải tối đa trong IDEA Connection, hệ số hóa bền biến dạng được tăng dần lặp đi lặp lại cùng với tải trọng tác dụng cho đến khi các kiểm tra không đạt. Khả năng chịu tải của liên kết này là 1 016 kNm tại mặt cột và lực cắt tương ứng là 305 kN.
So sánh
Tính toán thủ công theo phương pháp cấu kiện (EN 1993-1-8) xác định khả năng chịu uốn của liên kết Mj,Rd = 876,1 kNm với giả thiết trục quay tại giữa chiều cao phần gia cường và chỉ ba hàng bu lông xa nhất tham gia chịu mô men uốn. Do đó liên kết được phân loại là cân bằng.
IDEA Connection sử dụng CBFEM và xác định khả năng chịu uốn tại mặt cột Mj,Rd = 1 016 kNm. Sự chênh lệch là 15 % so với tính toán thủ công. Liên kết theo phương pháp CBFEM được phân loại là mạnh.
Mối hàn
Các mối hàn không được kiểm tra vì cấu tạo mối hàn được quy định theo Equaljoints (R. Landolfo et al. European pre-QUALified steel JOINTS – EQUALJOINTS, Final report, 2016). Trong dự án IDEA , tất cả các mối hàn được đặt là hàn đối đầu.
Dầm IPE 360 vào cột HEB 280
Loại liên kết: Nút liên kết một phía có gia cường
Hệ đơn vị: Hệ mét
Thiết kế theo: EN 1993-1-8 và EN 1998-1
Kiểm tra: Bản thép, bu lông
Thép: Cấp S355
Bu lông: M27 Cấp 10.9
Ví dụ được lấy từ EQUALJOINTS ví dụ số 264: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8
Hình học
Dầm IPE 360 được liên kết với cột HEB 280 qua nút liên kết bản mã đầu dầm có gia cường. Phần gia cường tạo góc 45° với bụng dầm, chiều dày bụng và cánh lần lượt là 8 mm và 12,7 mm. Chiều cao và chiều dài phần gia cường đều là 200 mm. Cột được tăng cứng bằng các bản liên tục dày 12 mm và bằng các bản ốp bụng từ cả hai phía, mỗi bên dày 10 mm. Chiều cao các bản ốp bụng bằng chiều cao bản mã đầu dầm. Bản mã đầu dầm có chiều dày 25 mm.
Tải trọng tác dụng
Nút liên kết chịu mô men uốn có thể xảy ra tại vị trí hình thành khớp dẻo trong dầm MEd = γsh ⋅ fy,ov ⋅ Wpl và lực cắt tương ứng VEd = 2 ⋅ MEd / Lh, trong đó:
- γsh = 1,2 – hệ số hóa bền biến dạng
- fy,ov = γov ⋅ fyk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – giới hạn chảy có thể xảy ra của dầm
- γov = 1,25 – hệ số dư bền
- fyk = 355 MPa – giới hạn chảy đặc trưng
- Lh = 7 320 mm – khoảng cách giữa các khớp dẻo trên dầm
Vị trí tải trọng trên dầm được đặt tại vị trí dự kiến hình thành khớp dẻo.
Tính toán thủ công
Các cấu kiện của liên kết chịu mô men uốn tại mặt cột, tức là Mj,Ed = 572,8 kNm.
Khả năng chịu uốn dẻo của tiết diện có gia cường: 582,3 kNm – Đạt
Bụng cột chịu cắt: Chịu lực cắt Vwp,Ed = 1 034,6 kN, khả năng chịu lực của cấu kiện Vwp,Rd = 1 202,8 kN – Đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men âm (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 573,0 kNm – Đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men dương (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 697,5 kNm – Đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men âm (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 545,4 kNm – Không đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men dương (chỉ tính 3 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 579,5 kNm – Không đạt
Khả năng chịu lực của liên kết với mô men âm là Mj,Rd = 545,4 kNm và với mô men dương là Mj,Rd = 579,5 kNm.
Mô men tại mặt cột không kể hệ số dư bền và hệ số hóa bền biến dạng của dầm: MEd = 381,9 kNm, lực cắt tương ứng VEd = 98,9 kNm. Tất cả các kiểm tra cấu kiện đều đạt với tải trọng này.
Các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại:
- bụng cột – mạnh
- liên kết – cân bằng
Kết quả IDEA StatiCa
Tất cả các kiểm tra cấu kiện và kiểm tra biến dạng trên các bản thép không tiêu tán đều đạt, do đó các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại là:
- bụng cột: mạnh
- liên kết: mạnh
Để xác định khả năng chịu tải tối đa trong IDEA Connection, hệ số hóa bền biến dạng được tăng dần lặp đi lặp lại cùng với tải trọng tác dụng cho đến khi các kiểm tra không đạt. Khả năng chịu tải của liên kết này là 657,4 kNm tại mặt cột và lực cắt tương ứng là 170,3 kN.
So sánh
Tính toán thủ công theo phương pháp cấu kiện (EN 1993-1-8) xác định khả năng chịu uốn của liên kết Mj,Rd = 545,4 kNm với giả thiết trục quay tại giữa chiều cao phần gia cường và chỉ ba hàng bu lông xa nhất tham gia chịu mô men uốn. Do đó liên kết được phân loại là cân bằng.
IDEA Connection sử dụng CBFEM và xác định khả năng chịu uốn tại mặt cột Mj,Rd = 657,4 kNm. Sự chênh lệch là 20 % so với tính toán thủ công. Tăng mật độ lưới làm giảm nhẹ khả năng chịu lực của nút liên kết. Với lưới dày – 24 phần tử trên bụng cấu kiện, hệ số sử dụng của bu lông là 99 % và biến dạng dẻo trên bản mã đầu dầm là 4,1 % tại tải trọng đặt. Do đó, Mj,Ed = 572,8 kNm tại mặt cột rất gần với giới hạn khả năng chịu lực. Khả năng chịu lực này thấp hơn 15 % so với mật độ lưới mặc định và cao hơn 5 % so với tính toán thủ công. Khuyến nghị tăng mật độ lưới đối với các bản mã đầu dầm dài. Liên kết theo phương pháp CBFEM được phân loại là mạnh.
Dầm IPE 600 vào cột HEB 500
Loại liên kết: Nút liên kết một phía có gia cường
Hệ đơn vị: Hệ mét
Thiết kế theo: EN 1993-1-8 và EN 1998-1
Kiểm tra: Bản thép, bu lông
Thép: Cấp S355
Bu lông: M36 Cấp 10.9
Ví dụ được lấy từ EQUALJOINTS ví dụ số 267: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8
Hình học
Dầm IPE 600 được liên kết với cột HEB 500 qua nút liên kết bản mã đầu dầm có gia cường. Phần gia cường tạo góc 35° với bụng dầm, chiều dày bụng và cánh lần lượt là 12 mm và 19 mm. Chiều cao và chiều dài phần gia cường lần lượt là 270 mm và 386 mm. Cột được tăng cứng bằng các bản liên tục dày 20 mm và bằng các bản ốp bụng từ cả hai phía, mỗi bên dày 15 mm. Chiều cao các bản ốp bụng bằng chiều cao bản mã đầu dầm. Bản mã đầu dầm có chiều dày 35 mm.
Tải trọng tác dụng
Nút liên kết chịu mô men uốn có thể xảy ra tại vị trí hình thành khớp dẻo trong dầm MEd = γsh ⋅ fy,ov ⋅ Wpl và lực cắt tương ứng VEd = 2 ⋅ MEd / Lh, trong đó:
- γsh = 1,2 – hệ số hóa bền biến dạng
- fy,ov = γov ⋅ fyk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – giới hạn chảy có thể xảy ra của dầm
- γov = 1,25 – hệ số dư bền
- fyk = 355 MPa – giới hạn chảy đặc trưng
- Lh = 6 658 mm – khoảng cách giữa các khớp dẻo trên dầm
Vị trí tải trọng trên dầm được đặt tại vị trí dự kiến hình thành khớp dẻo.
Tính toán thủ công
Các cấu kiện của liên kết chịu mô men uốn tại mặt cột, tức là Mj,Ed = 2 105,4 kNm.
Khả năng chịu uốn dẻo của tiết diện có gia cường: 1 903,3 kNm – Không đạt
Bụng cột chịu cắt: Chịu lực cắt Vwp,Ed = 2 446,8 kN, khả năng chịu lực của cấu kiện Vwp,Rd = 2 773,7 kN – Đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men âm (chỉ tính 4 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 1 998,9 kNm – Không đạt
Cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm chịu mô men dương (chỉ tính 4 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 2 317,7 kNm – Đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men âm (chỉ tính 4 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 2 015,1 kNm – Không đạt
Cấu kiện chữ T của cánh cột chịu mô men dương (chỉ tính 4 hàng bu lông xa nhất): MT,Rd = 2 106,5 kNm – Đạt
Khả năng chịu lực của liên kết với mô men âm là Mj,Rd = 1 903,3 kNm và với mô men dương là Mj,Rd = 1 903,3 kNm. Khả năng chịu uốn của tiết diện có gia cường là quyết định. Hệ số dư bền được áp dụng cho toàn bộ dầm và do đó, giới hạn chảy tăng lên cũng có thể được sử dụng cho tiết diện có gia cường và khả năng chịu uốn sẽ cao hơn. Các cấu kiện yếu tiếp theo là cấu kiện chữ T của bản mã đầu dầm và cánh cột. Khả năng chịu lực của liên kết với mô men âm và dương lần lượt sẽ là Mj,Rd = 1 998,9 kNm và Mj,Rd = 2 106,5 kNm. Với giả thiết này, liên kết sẽ đạt toàn bộ cường độ với γsh = 1,1 theo đề xuất của EN 1998-1.
Mô men tại mặt cột không kể hệ số dư bền và hệ số hóa bền biến dạng của dầm: MEd = 1 403,6 kNm, lực cắt tương ứng VEd = 374,3 kNm. Tất cả các kiểm tra cấu kiện đều đạt với tải trọng này.
Các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại:
- bụng cột – mạnh
- liên kết – cân bằng
Kết quả IDEA StatiCa
Hình dạng biến dạng với tỷ lệ biến dạng 5 được hiển thị và khớp dẻo có thể nhìn thấy rõ ràng. Các bu lông vượt quá 100 % hệ số sử dụng một chút và biến dạng dẻo tối đa của các bản thép chịu lực lớn nhất lần lượt là 1,4; 1,1 và 1,1 đối với cánh của bản mở rộng, bản mã đầu dầm và cánh cột. Khả năng chịu lực dự kiến thấp hơn một chút so với tải trọng đặt. Các cấu kiện vĩ mô có thể được phân loại là:
- bụng cột: mạnh
- liên kết: cân bằng
So sánh
Tính toán thủ công theo phương pháp cấu kiện (EN 1993-1-8) xác định khả năng chịu uốn của liên kết Mj,Rd = 1 903,3 kNm với giả thiết trục quay tại giữa chiều cao phần gia cường và chỉ ba hàng bu lông xa nhất tham gia chịu mô men uốn. Do đó liên kết được phân loại là cân bằng. Xét đến sự tăng giới hạn chảy của dầm tại mặt bản mã đầu dầm, khả năng chịu lực của cấu kiện quyết định sẽ cao hơn. Cấu kiện quyết định tiếp theo là bản mã đầu dầm với Mj,Rd = 1 998,9 kNm.
IDEA Connection sử dụng CBFEM và xác định khả năng chịu uốn tại mặt cột Mj,Rd = 2 100 kNm. Sự chênh lệch là 5 % so với tính toán thủ công. Tăng mật độ lưới làm giảm nhẹ khả năng chịu lực của nút liên kết. Với lưới dày – 16 phần tử trên bụng cấu kiện, khả năng chịu lực chỉ giảm 2 %. Liên kết theo phương pháp CBFEM được phân loại là cân bằng.