Luận án Nghiên cứu ứng xử của cấu kiện thép tạo hình nguội chịu uốn quanh trục không đối xứng

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CẤU KIỆN THÉP TẠO HÌNH NGUỘI CHỊU UỐN QUANH TRỤC KHÔNG ĐỐI XỨNG

Ngành:

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu ứng xử của cấu kiện thép tạo hình nguội (CFS) tiết diện chữ C chịu uốn quanh trục không đối xứng, nhằm giải quyết những bất cập trong việc áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp (Direct Strength Method - DSM) hiện hành. Các công thức tính toán theo DSM hiện tại thường cho kết quả độ bền uốn quá an toàn khi áp dụng cho cấu kiện chịu uốn quanh trục không đối xứng do được xây dựng dựa trên số liệu của cấu kiện đối xứng. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc cải tiến công thức DSM để dự đoán chính xác hơn độ bền của loại cấu kiện này.

Mục tiêu chính của luận án là điều chỉnh công thức DSM để nâng cao độ chính xác khi dự đoán độ bền của cấu kiện thép chữ C tạo hình nguội chịu uốn quanh trục không đối xứng, đặc biệt với bản bụng chịu nén. Để đạt được mục tiêu này, luận án đã xây dựng phương pháp giải tích mới dựa trên phương pháp Độ cứng biên (RSM) để xác định hệ số mất ổn định cục bộ đàn hồi của toàn bộ tiết diện. Phương pháp RSM được phát triển với những cải tiến đáng kể so với phương pháp Hệ số chống xoay truyền thống, cho phép áp dụng cho các tiết diện hở dạng bản thép gấp liên tục với độ chính xác cao (sai số khoảng 2%).

Luận án cũng đề xuất công thức thực hành ba đoạn để tính ứng suất tới hạn của cấu kiện thép chữ C chịu uốn quanh trục không đối xứng với bản bụng chịu nén, cùng với công thức độ bền mới theo DSM. Các công thức đề xuất được kiểm chứng bằng phương pháp phân tích phi tuyến sử dụng phần mềm ABAQUS với bộ dữ liệu lớn gồm 1440 mô hình và so sánh với kết quả thực nghiệm cũng như các nghiên cứu trước đây. Kết quả cho thấy công thức đề xuất có độ chính xác cao hơn đáng kể so với công thức DSM hiện hành (tăng 1,36 lần) và các công thức của Ahdab, Ding, Oey và Papangelis, đồng thời có độ tin cậy được xác định theo tiêu chuẩn AISI S100 là 2,55, vượt trội so với chỉ số mục tiêu.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xây dựng phương pháp RSM giải quyết bài toán mất ổn định đàn hồi cục bộ cho toàn bộ tiết diện, phát triển công thức thực hành xác định hệ số mất ổn định, và đề xuất công thức độ bền mới theo DSM có độ chính xác và phạm vi ứng dụng rộng hơn, giảm sự phụ thuộc vào phần mềm chuyên dụng. Luận án kiến nghị các đề xuất có thể được xem xét để cải thiện độ chính xác của công thức DSM hiện hành trong các tiêu chuẩn thiết kế.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài
  • 2. Mục đích nghiên cứu
  • 3. Mục tiêu nghiên cứu
  • 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 5. Phương pháp nghiên cứu
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
  • 7. Kết quả nghiên cứu chính và những đóng góp mới của luận án
  • 8. Cấu trúc của luận án

• NỘI DUNG LUẬN ÁN

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN THÉP TẠO HÌNH NGUỘI CHỊU UỐN QUANH TRỤC KHÔNG ĐỐI XỨNG

    • 1.1. Giới thiệu về kết cấu thép tạo hình nguội
    • 1.2. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép tạo hình nguội
    • 1.3. Các phương pháp thiết kế kết cấu thép tạo hình nguội
    • 1.3.1. Phương pháp Bề rộng hữu hiệu (EWM)
    • 1.3.2. Phương pháp Cường độ trực tiếp (DSM)
    • 1.3.3. Các phương pháp số
    • 1.3.4. Phương pháp được lựa chọn cho luận án
    • 1.4. Tầm quan trọng và ứng dụng của trạng thái chịu uốn quanh trục không đối xứng
    • 1.5. Phương pháp Cường độ trực tiếp: Vấn đề về độ bền uốn quanh trục không đối xứng
    • 1.6. Ứng suất tới hạn do mất ổn định cục bộ của tiết diện chữ C chịu uốn quanh trục không đối xứng với bản bụng chịu nén
    • 1.6.1. Vai trò của ứng suất tới hạn do mất ổn định cục bộ và mất ổn định méo của toàn bộ tiết diện trong phương pháp DSM
    • 1.6.2. Các phương pháp xác định ứng suất tới hạn do mất ổn định cục bộ của toàn bộ tiết diện theo AISI S100
    • 1.6.3. Một số đề xuất hiện có nhằm cải tiến công thức giải tích để xác định ứng suất tới hạn của tiết diện chữ C chịu uốn quanh trục không đối xứng với bản bụng chịu nén
    • 1.7. Mục tiêu và nội dung của luận án

  • CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ THIẾT LẬP CÔNG THỨC ĐỘ BỀN THEO PHƯƠNG PHÁP DSM

    • 2.1. Phương pháp xây dựng công thức xác định độ bền uốn theo DSM
    • 2.1.1. Phương pháp xây dựng công thức DSM hiện hành
    • 2.1.2. Công thức DSM điều chỉnh đề xuất bởi Oey và Papangelis
    • 2.2. Mô men tới hạn đàn hồi của toàn bộ tiết diện
    • 2.2.1. Phương pháp Hệ số chống xoay
    • 2.2.2. Phương pháp xem xét tiết diện như một tổng thể
    • 2.2.3. Tấm chữ nhật chịu ứng suất nén tuyến tính có điều kiện biên tổng quát
    • 2.3. Nhận xét chương

  • CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CÔNG THỨC GIẢI TÍCH ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MẤT ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA CẤU KIỆN CHỮ C CHỊU UỐN QUANH TRỤC KHÔNG ĐỐI XỨNG VỚI BẢN BỤNG CHỊU NÉN

    • 3.1. Phương pháp Độ cứng biên giải quyết bài toán mất ổn định cục bộ đàn hồi của toàn bộ tiết diện
    • 3.1.1. Mở rộng bài toán tấm chữ nhật chịu ứng suất phân bố tuyến tính có điều kiện biên tổng quát trên hai cạnh dọc
    • 3.1.2. Độ cứng chống xoay trên cạnh dọc của tấm chịu ứng suất nén tuyến tính
    • 3.1.3. Độ cứng lò xo
    • 3.1.4. Xác định ứng suất tới hạn của tấm mất ổn định
    • 3.1.5. Kiểm chứng phương pháp
    • 3.1.6. Độ cứng âm
    • 3.2. Sử dụng phương pháp RSM để xây dựng công thức xác định hệ số mất ổn định của cấu kiện thép chữ C tạo hình nguội chịu uốn quanh trục không đối xứng với bản bụng chịu nén
    • 3.2.1. Phạm vi biến thiên của tham số nghiên cứu
    • 3.2.2. Mô hình và phương pháp tính
    • 3.2.3. Kết quả tính toán và nhận xét
    • 3.2.4. Xây dựng công thức xác định hệ số mất ổn định
    • 3.2.5. Độ tin cậy của công thức đề xuất
    • 3.3. Nhận xét chương

  • CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CỦA CẤU KIỆN THÉP CHỮ C TẠO HÌNH NGUỘI CHỊU UỐN QUANH TRỤC KHÔNG ĐỐI XỨNG VỚI BẢN BỤNG CHỊU NÉN

    • 4.1. Ứng dụng phương pháp phân tích phi tuyến để xác định độ bền
    • 4.1.1. Mô hình vật liệu
    • 4.1.2. Khiếm khuyết hình học ban đầu
    • 4.1.3. Xây dựng sơ đồ tính
    • 4.1.4. Lựa chọn kiểu phần tử tính toán và chia lưới phần tử
    • 4.1.5. Lựa chọn bộ mẫu số liệu dùng cho mô phỏng số
    • 4.1.6. Dùng phương pháp EWM để đánh giá công thức DSM hiện hành
    • 4.2. Kiểm chứng mô hình số
    • 4.2.1. So sánh với kết quả của Oey và Papangelis
    • 4.2.2. So sánh với kết quả thực nghiệm
    • 4.3. Kết quả mô phỏng
    • 4.4. Đề xuất cải tiến công thức tính toán cấu kiện thép tạo hình nguội chịu uốn quanh trục không đối xứng với bản bụng chịu nén theo phương pháp DSM
    • 4.4.1. Đánh giá kết quả mô phỏng
    • 4.4.2. Đề xuất công thức dự đoán độ bền uốn
    • 4.5. Kiểm chứng công thức đề xuất
    • 4.6. Đánh giá độ tin cậy của công thức đề xuất
    • 4.7. Ví dụ áp dụng
    • 4.8. Nhận xét chương

  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ