Ảnh hưởng của giằng xà gồ tới biến dạng của xà gồ tiết diện Z

Bài báo phân tích về ảnh hưởng của giằng xà gồ, số lượng và khoảng tối ưu của chúng tới biến dạng của xà gồ tiết diện Z

1. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
1

Ảnh hưởng của số lượng và khoảng cách giằng ngang
đến biến dạng của xà gồ tiết diện Zee
Cánh chịu nén không giằng của bất kỳ cấu kiện chịu uốn một bản nào có xu hướng bị uốn ngang khi chịu tải
trọng thẳng đứng. Tiết diện Zee, do có tính đối xứng điểm, dễ bị uốn ngang hơn do tâm cắt và điểm tác dụng
tải không trùng nhau. Giằng ngang (sag-rods) là một kỹ thuật giằng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi để
hạn chế hiện tượng uốn xoắn ngang của tiết diện Zee. Hệ thống giằng mái bằng giằng ngang thường được lắp
đặt trong khung mái để giảm chiều dài không giằng của xà gồ Zee. Đây là một phương pháp thực tế và ít có tài
liệu lý thuyết cụ thể để xác định số lượng giằng ngang phù hợp. Giằng ngang được sử dụng dựa trên kinh
nghiệm thực tế và đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm biến dạng ngang bằng cách giảm chiều
dài không giằng của tiết diện Zee. Chiều dài không giằng này được áp dụng trong tính toán thiết kế. Khoảng
cách giữa các giằng ngang thường nằm trong khoảng L/3 đến L/4, tuy nhiên việc xác định khoảng cách tối ưu
vẫn là một câu hỏi khó. Bài báo này phân tích các biến dạng của xà gồ Zee dưới các tổ hợp tải trọng khác nhau,
vị trí lắp đặt giằng ngang, yêu cầu về số lượng giằng ngang và khoảng cách tối ưu của chúng.
Bài viết này được biên dịch từ tài liệu “Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing on
Deformations of Zee Profile” của Kanchan S Takale. Bản gốc tiếng Anh có thể download tại:
https://ketcausoft.com/forum/thread/influence-of-optimum-number-of-sag-rods-and-sag-rod-spacing-on-
deformations-of-zee-profile
1. Giới thiệu
Các nghiên cứu xác nhận rằng các tiết diện tạo hình nguội có lợi thế về trọng lượng nhẹ, tiết kiệm vật
liệu và giúp đẩy nhanh tiến độ xây dựng. Nhờ khả năng sản xuất hàng loạt dễ dàng và lắp đặt nhanh
chóng, các tiết diện tạo hình nguội đang ngày càng chiếm lĩnh thị trường kết cấu thép. Các thiết kế tiết
diện tạo hình nguội đã được tiêu chuẩn hóa trên toàn cầu nhờ sự đồng nhất về hình học và liên kết kết
cấu. Đặc biệt, tiết diện Zee được sử dụng rộng rãi làm xà gồ và dầm đỡ tường nhờ khả năng chồng mí
hiệu quả và thiết kế kinh tế. Tuy nhiên, các tiết diện thép tạo hình nguội dễ bị uốn cục bộ. Mặc dù đã
có nhiều phương pháp để khắc phục hiện tượng này, nhưng việc tối ưu hóa và đánh giá hiệu quả của
chúng vẫn còn nhiều tranh cãi.
Hình 1 mô tả hình học của tiết diện Zee. Tỷ lệ Ixx/Iyy cao dẫn đến hiện tượng uốn cục bộ và biến dạng
xoắn. Do có dạng đối xứng điểm, hình dạng biến dạng của tiết diện Zee rất phức tạp và phụ thuộc vào
điều kiện biên của cấu kiện.

2. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
2


Hình 1: Tiết diện Zee
2. Tổ hợp tải trọng và cách bố trí giằng ngang
Hình 2 mô tả sự biến dạng của xà gồ Zee dưới các tổ hợp tải trọng khác nhau. Cánh trên của xà gồ Zee
được giả định là cố định vào vật liệu lợp mái. Sự uốn xoắn ngang và biến dạng cục bộ làm cho tiết
diện Zee bị dịch chuyển ngang bắt đầu từ cánh không giằng. Tổ hợp tải trọng DL + WS là dễ gây biến
dạng nhất cho xà gồ Zee. Khi chịu tổ hợp này, cánh không giằng không chỉ bị dịch chuyển ngang mà
còn chịu nén ngược, dẫn đến nguy cơ mất ổn định nghiêm trọng.

Hình 2: Biến dạng của xà gồ Zee dưới các tổ hợp tải trọng khác nhau

Hình 3 cho thấy một công trình bị sập ở Delhi do bão. Quan sát kỹ hình ảnh cho thấy không có giằng
ngang, dây giằng mái bị lỏng lẻo và thiếu giằng tường tại các vị trí quan trọng.

3. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
3


Hình 3: Công trình bị hư hỏng dưới tác dụng của bão tại Delhi



Hình 4: Biến dạng của xà gồ Zee dưới tác dụng của gió bốc

4. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
4




Mất ổn định cục bộ Oằn do mất ổn định xoắn Mất ổn định xoắn
Hình 5: Sự mất ổn định xoắn của xà gồ Zee khi cánh không được giằng
Trong trường hợp mất ổn định cục bộ (local buckling), một phần của cánh chịu nén và bản bụng bị
oằn khi ứng suất đạt đến một giới hạn nhất định; phần đó sau đó không còn có thể chịu tải nữa. Trong
trường hợp mất ổn định xoắn (distortional buckling), cánh chịu nén và mép gia cường liền kề dịch
chuyển khỏi vị trí ban đầu như một khối thống nhất, làm suy yếu tiết diện.
Tiêu chuẩn SP6(5)-1980 trích dẫn rằng hư hỏng xảy ra khi ứng suất tại cạnh được đỡ đạt đến giới hạn
chảy. Trong tính toán thiết kế, lực tổng được giả định là phân bố trên một bề rộng nhỏ hơn với ứng
suất đồng đều.
Chiều dài không giằng của tiết diện Zee là phần chiều dài không được hỗ trợ giữa các đoạn chồng mí
trong một nhịp. Xà gồ được nối với khung chính tại các điểm chính. Trong suốt toàn bộ chiều dài của
nhịp, xà gồ được phép dịch chuyển và xoay tự do. Tuy nhiên, điều kiện này chỉ tồn tại trong khoảng
thời gian trước khi mái được lắp đặt. Khi lớp mái được lắp đặt, một cánh của xà gồ sẽ bị cố định,
nhưng cánh còn lại vẫn không được giằng ngay cả sau khi lắp mái, dẫn đến biến dạng lớn của xà gồ.

Hình 6: Chiều dài không giằng của bản cánh giảm đi khi lắp đặt các giằng xà gồ

5. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
5

Hình 7 mô tả vị trí lắp đặt giằng ngang. Giằng ngang được lắp chéo sẽ hiệu quả hơn trong điều kiện
đảo chiều ứng suất. Việc sắp xếp giằng ngang đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải lực. Xà gồ
nên được đặt hoàn toàn trên chi tiết liên kết xà gồ - dầm mái, không nên đặt trực tiếp lên dầm mái.



Bố trí giằng xà gồ Giằng lắp chéo cho thấy hiệu
quả cao hơn
Cấu tạo giằng tại đỉnh mái
Hình 7: Vị trí giằng ngang và cấu tạo tại đỉnh mái

(*Bình luận của người dịch: điều thú vị nằm ở giằng tại đỉnh mái. Đây chính là cấu tạo giúp cho hệ
giằng phát huy tác dụng giảm chiều dài tính toán toán của giằng theo phương mặt phẳng mái. Nguyên
nhân đến từ sự cân bằng lực giữa 2 bên mái làm cho vị trí này phát huy vai trò như gối đỡ trong mặt
phẳng mái)
3. Số lượng giằng ngang phù hợp cho xà gồ Zee
Dữ liệu thực nghiệm từ mô phỏng ANSYS cho thấy biến dạng tổng cộng của xà gồ Zee dưới tải trọng
3500N tăng theo chiều dài cấu kiện. Khi sử dụng giằng ngang, biến dạng giảm đáng kể.

Số lượng giằng phù hợp với các nhịp xà gồ (Z1 đến Z5 là các loại tiết diện xà gồ)

6. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
6

Bảng trên đưa ra mức độ phù hợp của số lượng giằng ngang. Tiêu chí độ võng L/200 được áp dụng
cho xà gồ có giằng ngang, trong khi L/180 áp dụng cho xà gồ không có giằng ngang. Các xà gồ có
chiều dài lên đến 8000 mm là phổ biến nhất. Các thanh xà gồ dài 8000 mm thuận tiện cho việc vận
chuyển và yêu cầu tối thiểu hai giằng ngang. Nếu chiều dài xà gồ tăng lên, cần phải bổ sung thêm
giằng ngang, điều này có thể dẫn đến thiết kế kém hiệu quả về mặt kinh tế. Tuy nhiên, theo yêu cầu
thực tế, tại một số nơi ở Ấn Độ, xà gồ có thể được cán nguội với chiều dài lên đến 13 mét. Do đó, số
lượng giằng ngang phải được sử dụng hợp lý để đảm bảo hệ mái vững chắc.
4. Khoảng cách tối ưu cả giằng xà gồ

Hình 8: Biến dạng tối đa của xà gồ Z1(200*60*20*15)

Biểu đồ trên hình 8 dành cho tiết diện Zee Z1(2006020*15). Nó cho thấy rằng với khoảng cách giằng
ngang 2500 mm, có thể nhận thấy biến dạng tối thiểu khi chiều dài xà gồ là 6,5m. Cùng tiết diện này
có biến dạng nhỏ hơn khi sử dụng khoảng cách 2600 mm, 2700 mm và 2800 mm đối với xà gồ dài
6m. Đối với chiều dài 7,5m thì biến dạng của xà gồ xấp xỉ nhau với các trường hợp khoảng cách khác
nhau của giằng.

Hình 9: Biến dạng của cánh trên xà gồ Zee có chiều dài 8m ứng với khoảng cách giằng

7. Influence of Optimum Number of Sag-Rods and Sag-Rod Spacing
on Deformations of Zee Profile
Biên dịch: SM. Hồ Việt Hùng

WEFLY Structure JSC
KetcauSoft.com
7


Hình 10: Biến dạng lớn nhất của xà gồ Zee ứng với các khoảng cách khác nhau của giằng

Hình 10 cho thấy biến dạng bé nhất ứng với chiều dài 7.5m, và khi chiều dài lớn hơn 7.5m thì biến
dạng có xu hướng bằng nhau không phân biệt khoảng cách giằng.
5. Kết luận
Giằng ngang giúp giảm chiều dài không giằng của cấu kiện. Chúng làm giảm biến dạng ngang của xà
gồ Z từ 65% đến 70%. Giằng bố trí chéo sẽ hiệu quả hơn trong điều kiện đảo chiều ứng suất.
• 1 giằng ngang được yêu cầu cho các cấu kiện có chiều dài tối đa 5,5m.
• 2 giằng ngang được yêu cầu cho các cấu kiện có chiều dài từ 5,5m đến 8,0m.
• 3 giằng ngang được yêu cầu cho các cấu kiện có chiều dài từ 8,0m đến 10,0m.
• 4 giằng ngang được yêu cầu cho các cấu kiện có chiều dài trên 10m.
Khoảng cách tối ưu của giằng ngang nằm trong khoảng 2600mm đến 2800mm. Quy tắc thiết kế L/3
phù hợp với khoảng cách đề xuất này. Giá trị tối đa của L/3 khi tối ưu hóa khoảng cách giằng ngang
được giới hạn ở 3000mm, nếu vượt quá có thể dẫn đến độ võng cao hơn. Giá trị tối thiểu được giới
hạn ở 2500mm, nếu nhỏ hơn mức này, giằng ngang sẽ không còn hiệu quả về mặt kinh tế.

Download thêm những nội dung khác tại: https://ketcausoft.com/tailieu