Liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng (AISC)

Ví dụ kiểm chứng này được chuẩn bị bởi Mark D. Denavit và Kayla Truman-Jarrell trong một dự án hợp tác giữa Đại học Tennessee và IDEA StatiCa.

1 Mô tả

Nghiên cứu này trình bày sự so sánh giữa kết quả từ phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) và các phương pháp tính toán truyền thống được sử dụng trong thực hành thiết kế tại Hoa Kỳ đối với liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng (Hình 1).

Hình 1 Sơ đồ liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng được khảo sát trong nghiên cứu này

Các phương pháp tính toán truyền thống được sử dụng trong công trình này đối với các liên kết không có yêu cầu kháng chấn dựa trên các khuyến nghị trong AISC Design Guide 4 (Murray và Sumner 2003), kết hợp với các yêu cầu thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD) trong AISC Specification (2016a). Các phương pháp tính toán truyền thống được sử dụng trong công trình này đối với các liên kết kháng chấn (tức là liên kết thiết kế theo khả năng chịu lực) dựa trên AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications (2016b), sau đây gọi tắt là AISC 358. Đối với cả liên kết kháng chấn và không kháng chấn, các tài liệu tham khảo này bao gồm các giới hạn chiều dày tối thiểu của bản mã đầu dầm và cánh cột không trực tiếp dựa trên tải trọng tác dụng. Các giới hạn này nhằm tránh hiện tượng lực bẩy và đảm bảo liên kết được ngàm cứng hoàn toàn. Đối với các liên kết không kháng chấn, cho phép sử dụng bản mã và cánh cột mỏng hơn nếu có xét đến lực bẩy, ví dụ theo khuyến nghị của Dowswell (2011). Tuy nhiên, các giới hạn chiều dày tối thiểu đã được áp dụng cho tất cả các tính toán truyền thống trong nghiên cứu này.

Các trạng thái giới hạn được đánh giá trong tính toán truyền thống bao gồm: đứt kéo bu lông, chảy dẻo uốn của bản mã đầu dầm và cánh cột (thông qua giới hạn chiều dày), chảy dẻo và đứt cắt của bản mã đầu dầm, các trạng thái giới hạn cục bộ của cột (tức là chảy dẻo cục bộ bụng cột, cong vênh cục bộ bụng cột và oằn bụng cột do nén), chảy dẻo vùng panel bụng cột, các trạng thái giới hạn cắt bu lông (tức là đứt cắt bu lông, ép mặt, xé rách – lưu ý chỉ xét khả năng chịu cắt của bu lông vùng nén). Để đơn giản, tất cả các mối hàn được mô hình hóa là hàn đối đầu và cường độ của chúng không được đánh giá trong tính toán truyền thống.

Kết quả CBFEM được lấy từ IDEA StatiCa phiên bản 21.0. Các mô hình ví dụ được trình bày trong Hình 2. Tải trọng tối đa cho phép được xác định theo phương pháp lặp bằng cách điều chỉnh giá trị tải trọng đầu vào đến giá trị mà chương trình xác định là an toàn, nhưng nếu tăng thêm một lượng nhỏ (ví dụ: 1 kip-in.) thì chương trình sẽ xác định là không an toàn. Khác với tính toán truyền thống, ảnh hưởng của lực bẩy được đánh giá trong IDEA StatiCa và các kết quả trình bày bao gồm các trường hợp có lực bẩy. Độ cứng của liên kết được đánh giá bằng phân tích độ cứng (tức là loại phân tích "ST").

Hình 2 Liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng được mô hình hóa trong IDEA StatiCa.

2 Chiều dày bản mã đầu dầm

Đầu tiên, ảnh hưởng của chiều dày bản mã đầu dầm đến ứng xử và cường độ của liên kết được khảo sát. Trong các so sánh này, dầm là W21×68 và cột là W14×193. Cả hai đều tuân theo ASTM A992 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Cột được chọn có kích thước lớn (t_f = 1,44 in.) và được bố trí sườn tăng cứng dày 5/8 in. (tức là bản gia cường liên tục) để đảm bảo trạng thái giới hạn kiểm soát không nằm ở cột. Bản mã đầu dầm có chiều cao 29 in., chiều rộng 9,5 in. và chiều dày thay đổi từ 3/8 in. đến 2,5 in. Tất cả vật liệu bản mã (tức là bản mã đầu dầm và sườn tăng cứng) đều tuân theo ASTM A572 Gr. 50 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Liên kết có bốn bu lông gần mỗi cánh dầm (tổng cộng 8 bu lông) và bản mã đầu dầm không có sườn tăng cứng. Cấu hình này thường được gọi là cấu hình bốn bu lông không có sườn tăng cứng, 4E. Các bu lông có đường kính 1-1/8 in. loại A325 với khoảng cách ngang g = 5,5 in. và khoảng cách đứng c = 4,5 in. Khoảng cách đứng từ tim bu lông đến mép bản mã đầu dầm là l_ev = 2 in.

Trong IDEA StatiCa, tải trọng được áp dụng theo tùy chọn "tải trọng cân bằng". Moment tác dụng tại đỉnh và đáy cột mỗi bên bằng một nửa moment tác dụng lên dầm. Tải trọng cắt 25 kips cũng được áp dụng lên cột (V_column = 25 kips, Hình 1). Để đơn giản, không có lực cắt nào được áp dụng lên dầm (V_beam = 0 kips, Hình 1).

Sự biến thiên của moment tác dụng tối đa theo chiều dày bản mã đầu dầm được trình bày trong Hình 3. Trạng thái giới hạn kiểm soát cho mỗi chiều dày được trình bày trong Bảng 1. Kết quả tính toán truyền thống không được trình bày cho các chiều dày bản mã đầu dầm nhỏ hơn 1 in. vì các bản mỏng hơn không đáp ứng yêu cầu chiều dày tối thiểu để tránh lực bẩy. Trạng thái giới hạn kiểm soát từ tính toán truyền thống đối với các liên kết đáp ứng yêu cầu chiều dày bản mã đầu dầm là đứt kéo bu lông. Do đó, moment tác dụng tối đa không thay đổi theo chiều dày bản mã đầu dầm.

Sự biến thiên của moment tác dụng tối đa theo chiều dày bản mã đầu dầm được thể hiện trong kết quả IDEA StatiCa. Đối với các bản rất mỏng (t ≤ 0,5 in.), biến dạng dẻo trong bản mã đầu dầm kiểm soát thiết kế. Trong các trường hợp còn lại, kéo bu lông kiểm soát thiết kế. Moment tác dụng tối đa tăng theo chiều dày bản mã đầu dầm trong toàn bộ phạm vi khảo sát. Mức tăng moment tác dụng tối đa nhanh đối với các bản mỏng vì tăng chiều dày trực tiếp làm tăng cường độ chảy dẻo uốn của bản mã đầu dầm. Mức tăng moment tác dụng tối đa chậm hơn khi kéo bu lông kiểm soát. Đối với chiều dày bản mã đầu dầm từ 1,25 in. trở lên, moment tác dụng tối đa từ IDEA StatiCa vượt quá giá trị từ tính toán truyền thống. Lý do là tính toán truyền thống giả định rằng lực tiếp xúc tại mặt tiếp giáp giữa cánh cột và bản mã đầu dầm tập trung tại cánh dầm, trong khi IDEA StatiCa mô hình hóa áp lực tiếp xúc một cách tường minh. Khi chiều dày bản mã đầu dầm tăng, phần bản mã đầu dầm nhô ra ngoài cánh dầm cứng hơn và có khả năng chịu áp lực tiếp xúc tốt hơn, làm dịch chuyển lực nén xuống phía dưới cánh dưới dầm (Hình 4). Do đó, mặc dù khả năng chịu kéo của bu lông không khác nhau giữa IDEA StatiCa và tính toán truyền thống, cánh tay đòn của ngẫu lực lớn hơn trong IDEA StatiCa dẫn đến khả năng chịu moment lớn hơn. 

Đối với mỗi chiều dày bản mã đầu dầm, sự hiện diện của lực bẩy và độ cứng của liên kết được xác định bởi IDEA StatiCa. Một liên kết được giả định là có lực bẩy nếu có ứng suất tiếp xúc ở phía kéo của liên kết. Ví dụ, như thể hiện trong Hình 4, lực bẩy được quan sát thấy đối với liên kết có bản dày 7/8 in., nhưng không có đối với liên kết có bản dày 2-1/2 in. Không có lực bẩy đối với chiều dày bản mã đầu dầm từ 1 in. trở lên. Điều này phù hợp với giới hạn chiều dày tối thiểu tương ứng trong tính toán truyền thống. Các liên kết có chiều dày bản mã đầu dầm từ 7/8 in. trở lên được xác định là ngàm cứng hoàn toàn (tức là ngàm cứng) bằng phân tích độ cứng trong IDEA StatiCa, cho thấy rằng giới hạn chiều dày tối thiểu trong tính toán truyền thống cũng cung cấp một kiểm tra gián tiếp tốt về độ cứng của liên kết trong trường hợp này.

Hình 3 Moment tác dụng tối đa so với chiều dày bản mã đầu dầm

Bảng 1. Trạng thái giới hạn kiểm soát cho kết quả trình bày trong Hình 3

Hình 4 Ứng suất tiếp xúc cho kết quả trình bày trong Hình 3

Hình 5 Ứng suất tiếp xúc cho kết quả trình bày trong Hình 6 (có sườn tăng cứng bản mã đầu dầm)

Việc thêm sườn tăng cứng vào bản mã đầu dầm làm thay đổi ứng xử của liên kết. Sự biến thiên của moment tác dụng tối đa theo chiều dày bản mã đầu dầm được trình bày trong Hình 6 cho các liên kết tương tự đã khảo sát trước đó nhưng có thêm sườn tăng cứng bản mã đầu dầm. Kết quả IDEA StatiCa trình bày trong Hình 3 cho các liên kết không có sườn tăng cứng được đưa vào Hình 6 để tham khảo. Các sườn tăng cứng dày 1/2 in., rộng 3,5 in., dài 6,5 in. và được đặt ở cả hai cánh dầm. Vật liệu bản mã cho các sườn tăng cứng tuân theo ASTM A572 Gr. 50 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi).

Đối với tính toán truyền thống, việc thêm sườn tăng cứng làm thay đổi dạng đường chảy dẻo cho cường độ uốn của bản mã đầu dầm, làm giảm chiều dày tối thiểu. Tuy nhiên, việc thêm sườn tăng cứng không làm thay đổi cường độ của liên kết, vẫn được kiểm soát bởi đứt kéo bu lông, vì lực nén được giả định tập trung tại cánh dầm bất kể độ cứng bản mã đầu dầm. Một đánh giá các nghiên cứu gần đây đã xác nhận rằng lực nén thực sự dịch chuyển xuống phía dưới cánh dưới khi thêm sườn tăng cứng bản mã đầu dầm và một phương pháp tính đến sự dịch chuyển này trong thiết kế đã được đề xuất (Landolfo et al. 2018).

Đối với IDEA StatiCa, việc thêm sườn tăng cứng làm tăng tải trọng tác dụng tối đa. Các trạng thái giới hạn kiểm soát giống như những trạng thái được trình bày trong Bảng 1. Mức tăng tải trọng tác dụng tối đa lớn nhất đối với chiều dày bản mã đầu dầm từ 5/8 in. đến 1 in., nơi kéo bu lông kiểm soát, và các sườn tăng cứng giúp giảm lực bẩy và tăng cánh tay đòn của ngẫu lực.

Hình 6 Moment tác dụng tối đa so với chiều dày bản mã đầu dầm

Tất cả các phân tích trước đều sử dụng cột tương đối lớn để đảm bảo các trạng thái giới hạn của cột không kiểm soát. Cột cho các phân tích tiếp theo nhỏ hơn, là W14×109. Các khía cạnh khác của liên kết, bao gồm chiều dày sườn tăng cứng cột, dầm, bản mã đầu dầm và bu lông vẫn giữ nguyên. Bản mã đầu dầm cho các phân tích này không có sườn tăng cứng.

Sự biến thiên của moment tác dụng tối đa theo chiều dày bản mã đầu dầm được trình bày trong Hình 8. Trạng thái giới hạn kiểm soát cho mỗi chiều dày được trình bày trong Bảng 2. Nhiều đường được vẽ trong hình này cho cả IDEA StatiCa và tính toán truyền thống.

Đối với tính toán truyền thống, kết quả được vẽ cho trường hợp ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung không được tính đến trong phân tích khung và cho trường hợp ảnh hưởng này được tính đến trong phân tích khung. Chảy dẻo vùng panel ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể của khung và có thể làm tăng đáng kể hiệu ứng bậc hai. Nếu tính phi tuyến của vùng panel không được tính đến trong phân tích để xác định cường độ yêu cầu của khung, AISC Specification (2016a) giới hạn ứng xử vùng panel trong phạm vi đàn hồi. Nếu tính phi tuyến của vùng panel được tính đến khi xác định cường độ yêu cầu của khung, cường độ cắt dẻo bổ sung của vùng panel được công nhận.

Trong trường hợp tính phi tuyến vùng panel không được tính đến trong phân tích, cường độ cắt vùng panel kiểm soát cường độ của liên kết, với moment tác dụng tối đa là 4.649 kip-in. Trong trường hợp tính phi tuyến vùng panel được tính đến trong phân tích, cường độ kéo của bu lông kiểm soát cường độ của liên kết với moment tác dụng tối đa là 5.490 kip-in. (lưu ý moment tác dụng tối đa cho chảy dẻo vùng panel chỉ cao hơn một chút ở mức 5.495 kip-in.).

Trạng thái giới hạn kiểm soát đối với IDEA StatiCa là giới hạn biến dạng dẻo trong bản mã đầu dầm đối với các bản mã đầu dầm rất mỏng (t ≤ 0,5 in.) và kéo bu lông trong các trường hợp còn lại. Moment tác dụng tối đa từ IDEA StatiCa lớn hơn so với tính toán truyền thống. Các trạng thái giới hạn kiểm soát cũng khác nhau, vì vậy các phân tích bổ sung đã được thực hiện để định lượng moment tác dụng tại đó giới hạn biến dạng dẻo đạt được đối với vùng panel bụng cột, được thể hiện trong Hình 7 cho chiều dày bản 1,25 in. Các giá trị này được vẽ dưới dạng đường nét đứt trong Hình 8 (lưu ý giới hạn cường độ bu lông đã bị vượt quá trong các phân tích này).

Hình 7 Biến dạng dẻo trong vùng panel với t_p = 1,25 in.

IDEA StatiCa nắm bắt được trạng thái giới hạn chảy dẻo vùng panel mặc dù với cường độ lớn hơn so với quy định của AISC Specification (2016a) khi ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung được tính đến trong phân tích. Các liên kết có thể được thiết kế trong IDEA StatiCa để hạn chế chảy dẻo của vùng panel đơn giản bằng cách áp đặt giới hạn biến dạng dẻo nhỏ hơn 5%. Ví dụ, tải trọng tác dụng tối đa cho liên kết có bản mã đầu dầm dày 1,75 in. để có ứng xử gần như đàn hồi (tức là giới hạn biến dạng dẻo 0,1%) của bụng cột là 4.418 kip-in., so sánh tốt với moment tác dụng tối đa 4.649 kip-in. từ tính toán truyền thống khi ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung không được tính đến trong phân tích.

Điều thú vị là, lực bẩy được xác định và liên kết được phân loại là liên kết bán cứng trong IDEA StatiCa đối với chiều dày bản mã đầu dầm lên đến 1,5 in. Tính toán truyền thống cho phép chiều dày bản mã đầu dầm thấp đến 1 in. với giả định không có lực bẩy.

Hình 8 Moment tác dụng tối đa so với chiều dày bản mã đầu dầm

Bảng 2. Trạng thái giới hạn kiểm soát cho kết quả trình bày trong Hình 8

¹ Ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung không được tính đến trong phân tích

² Ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung được tính đến trong phân tích

3 Khoảng cách bu lông theo phương đứng

Chiều dày không phải là thông số duy nhất ảnh hưởng đến ứng xử của bản mã đầu dầm. Khi khoảng cách đứng giữa các tim bu lông tăng, bước bu lông (khoảng cách từ mặt cánh dầm đến tim bu lông gần nhất) cũng tăng theo. Nhìn chung, bước bu lông nhỏ nhất có thể là kinh tế nhất (Murray và Sumner 2003), tuy nhiên, các giá trị lớn hơn có thể cần thiết vì lý do thi công hoặc các lý do khác.

Một loạt phân tích được thực hiện với khoảng cách bu lông đứng thay đổi. Trong các so sánh này, dầm là W21×55 và cột là W14×109. Cả hai đều tuân theo ASTM A992 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Bản mã đầu dầm có chiều cao 28,5 in., chiều rộng 9,0 in., chiều dày 1 in. và tuân theo ASTM A572 Gr. 50 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Liên kết có bốn bu lông gần mỗi cánh dầm (tổng cộng 8 bu lông) và bản mã đầu dầm không có sườn tăng cứng. Các bu lông có đường kính 1 in. loại A325 với khoảng cách ngang 5,5 in. Khoảng cách đứng giữa các bu lông thay đổi từ 3,5 in. đến 6 in. và khoảng cách từ tim bu lông đến mép bản mã đầu dầm thay đổi từ 2,5 in. đến 1,25 in. Trọng tâm nhóm bu lông được giữ cố định. Tải trọng được áp dụng như mô tả trong phần trước, bao gồm 25 kips lực cắt trong cột.

Sự biến thiên của moment tác dụng tối đa theo khoảng cách bu lông đứng được trình bày trong Hình 9. Trạng thái giới hạn kiểm soát cho cả tính toán truyền thống và IDEA StatiCa là đứt kéo bu lông trong tất cả các trường hợp. Đối với khoảng cách bu lông đứng nhỏ hơn hoặc bằng 5 in., có sự phù hợp tốt giữa tính toán truyền thống và IDEA StatiCa. Đối với khoảng cách bu lông đứng lớn hơn, tải trọng tác dụng tối đa từ IDEA StatiCa giảm. Tải trọng tác dụng tối đa từ tính toán truyền thống không đổi trong toàn bộ phạm vi. Lý do của sự khác biệt là lực bẩy. Chiều dày bản mã đáp ứng yêu cầu chiều dày tối thiểu của tính toán truyền thống để giả định không có lực bẩy. Tuy nhiên, lực bẩy được quan sát thấy trong kết quả IDEA StatiCa đối với khoảng cách bu lông đứng 5,5 in. và 6 in., làm giảm moment tác dụng tối đa.

Hình 9 Moment tác dụng tối đa so với khoảng cách bu lông đứng

4 Thiết kế theo khả năng chịu lực

Liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng là một trong các loại liên kết được chứng nhận trước để sử dụng trong khung moment thép đặc biệt và trung gian (AISC 2016b). Tuy nhiên, chúng chỉ được chứng nhận trước nếu đáp ứng các giới hạn và được thiết kế theo quy trình quy định chặt chẽ của AISC 358. Các tiêu chí thiết kế của AISC 358 nhằm đảm bảo rằng biến dạng dẻo của liên kết được thực hiện bởi chảy dẻo dầm.

Việc sử dụng IDEA StatiCa thay cho quy trình thiết kế quy định trong AISC 358 không được phép để chứng minh sự tuân thủ các yêu cầu đối với liên kết dầm-cột cho khung moment thép đặc biệt và trung gian. Tuy nhiên, IDEA StatiCa có khả năng thực hiện thiết kế theo khả năng chịu lực và cho kết quả tương đương.

Đối với thiết kế theo khả năng chịu lực trong IDEA StatiCa, các cấu kiện cụ thể được chỉ định là thành phần tiêu tán năng lượng. Quan hệ ứng suất - biến dạng của các thành phần này được thay thế dựa trên cường độ vật liệu kỳ vọng và bao gồm hiện tượng hóa bền. Sau đó, tải trọng được áp dụng tương ứng với hiệu ứng tải trọng tối đa có thể xảy ra. Đối với liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng, dầm là thành phần tiêu tán năng lượng và hiệu ứng tải trọng tối đa có thể xảy ra được tính toán theo AISC 358.

Trong nghiên cứu này, một loạt liên kết được thiết kế theo khả năng chịu lực theo quy trình AISC 358 và IDEA StatiCa để so sánh kết quả. Lưu ý rằng các hệ số sức kháng mặc định đã được thay thế trong IDEA StatiCa để phù hợp với các giá trị quy định trong AISC 358. Dầm thay đổi từ W18×35 đến W18×60, cột là W14×211. Tất cả các tiết diện chữ I rộng bản đều tuân theo ASTM A992 (F_y = 50 ksi, R_y = 1,1, F_u = 65 ksi). Bản mã đầu dầm tuân theo ASTM A572 Gr. 50 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi) và có chiều cao 28 in. Chiều rộng bản là 7 in. cho các dầm W18x35, W18x40 và W18x46, và 8,5 in. cho các dầm W18x50, W18x55 và W18x60. Chiều dày bản mã đầu dầm được chọn trong quá trình thiết kế. Cấu hình bốn bu lông không có sườn tăng cứng, 4E, được sử dụng với bu lông A490. Đường kính bu lông được chọn trong quá trình thiết kế. Khoảng cách ngang là 5,5 in., khoảng cách bu lông đứng là 5,5 in. và khoảng cách đứng từ tim bu lông đến mép bản mã đầu dầm là l_ev = 2 in.

Moment tác dụng và lực cắt dầm tác dụng cho mỗi tiết diện dầm được liệt kê trong Bảng 3. Lực cắt dầm tác dụng dựa trên lực cắt dầm giả định do tải trọng trọng lực là 30 kips và chiều dài dầm (giữa các tim cột) là 30 ft. Tải trọng được áp dụng tại "vị trí X" (tức là khoảng cách từ tim cột đến vị trí khớp dẻo giả định). Tải trọng cắt 30 kips cũng được áp dụng lên cột. Điều thú vị là biến dạng dẻo trong dầm đạt tối đa khoảng 10% trong các phân tích này. Tuy nhiên, mức biến dạng dẻo cao này không vi phạm bất kỳ giới hạn nào vì dầm được phân loại là thành phần tiêu tán năng lượng.

Bảng 3. Tải trọng tác dụng cho ví dụ thiết kế theo khả năng chịu lực

Chiều dày bản mã đầu dầm và đường kính bu lông được thiết kế được thể hiện theo trọng lượng dầm lần lượt trong Hình 10 và Hình 11. Một thiết kế được trình bày cho mỗi kích thước dầm đối với tính toán truyền thống vì quy trình AISC 358 ngăn chặn lực bẩy và cho kết quả một thiết kế hiệu quả duy nhất. Hai thiết kế được trình bày cho mỗi kích thước dầm đối với IDEA StatiCa. Với khả năng xét đến lực bẩy một cách tường minh trong IDEA StatiCa, một loạt các thiết kế hiệu quả có thể thực hiện tùy thuộc vào mức độ ưu tiên tương đối giữa đường kính bu lông và chiều dày bản mã. Một tối ưu hóa không chính thức đã được thực hiện để xác định một thiết kế trong đó chiều dày bản mã được tối thiểu hóa và một thiết kế khác trong đó đường kính bu lông được tối thiểu hóa.

Khi đường kính bu lông được tối thiểu hóa, đường kính bu lông kết quả giống nhau giữa tính toán truyền thống và IDEA StatiCa, nhưng chiều dày bản mã lớn hơn trong thiết kế IDEA StatiCa. Các bản mã dày hơn cần thiết trong IDEA StatiCa để loại bỏ ảnh hưởng của lực bẩy và giảm thiểu yêu cầu đối với bu lông.

Khi chiều dày bản mã được tối thiểu hóa, chiều dày bản mã kết quả trong thiết kế IDEA StatiCa xấp xỉ bằng tính toán truyền thống, với một số thiết kế giống nhau, một số có bản mã dày hơn một cỡ và một số có bản mã mỏng hơn một cỡ. Các bu lông trong thiết kế IDEA StatiCa cho các trường hợp này lớn hơn so với yêu cầu theo tính toán truyền thống do yêu cầu tăng lên từ lực bẩy.

Các kết quả này cho thấy rằng các giả định mô hình hóa được tích hợp trong IDEA StatiCa dẫn đến đánh giá lực bẩy thận trọng hơn so với tính toán truyền thống và theo đó IDEA StatiCa cung cấp thiết kế thận trọng cho hai thành phần này của liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng.

Hình 10 Chiều dày bản mã so với trọng lượng dầm

Hình 11 Đường kính bu lông so với trọng lượng dầm

5 Tóm tắt

Nghiên cứu này so sánh thiết kế liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng sử dụng các phương pháp tính toán truyền thống trong thực hành thiết kế tại Hoa Kỳ và IDEA StatiCa. Các nhận xét chính từ nghiên cứu bao gồm:

• IDEA StatiCa cho kết quả cường độ sẵn có đối với liên kết moment bản mã đầu dầm mở rộng tương tự như tính toán truyền thống.
• Sự khác biệt về cường độ chủ yếu do lực bẩy và sự phân bố ứng suất ép mặt, cả hai đều được xử lý bằng các giả định đơn giản hóa trong tính toán truyền thống, nhưng được mô hình hóa tường minh trong IDEA StatiCa.
• Sử dụng các thông số mặc định, cường độ vùng panel bụng cột từ IDEA StatiCa tương tự như cường độ từ AISC Specification khi ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung được tính đến trong phân tích để xác định cường độ yêu cầu. Cường độ thấp hơn được quy định trong AISC Specification cho trường hợp ảnh hưởng của biến dạng dẻo vùng panel đến ổn định khung không được tính đến trong phân tích để xác định cường độ yêu cầu có thể đạt được bằng cách điều chỉnh giới hạn biến dạng dẻo trong IDEA StatiCa.
• Khả năng thiết kế theo khả năng chịu lực của IDEA StatiCa cho phép lựa chọn đường kính bu lông và chiều dày bản mã thận trọng so với quy trình được định nghĩa trong AISC 358.

6 Tài liệu tham khảo

AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, (2nd Quarter), 93–116.

Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., và Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Brussels, Belgium.

Murray, T. M. và Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.