Trong quá trình phân tích mọi mô hình kết cấu, Kỹ sư kết cấu phải xác định loại liên kết giữa các cấu kiện. Vì mô hình cần phản ánh ứng xử thực tế của kết cấu, kỹ sư phải dự đoán loại liên kết nào phù hợp nhất.

Việc mô hình xấp xỉ tốt với kết cấu thực là điều quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực kết cấu thép, nơi các cấu kiện tuyến tính được sử dụng phổ biến nhất. Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi nhờ tính hiệu quả của chúng.

Để đạt được kết quả tốt nhất, các nhà thiết kế thường phải tối ưu hóa không chỉ tiết diện cấu kiện mà còn cả thiết kế liên kết.

Nhìn chung, Kỹ sư kết cấu phải lựa chọn từ 3 loại liên kết cơ bản được phân loại theo độ cứng nút liên kết:

• Khớp – nút liên kết không phát sinh mô men uốn.
• Ngàm cứng – nút liên kết có sự thay đổi không đáng kể về góc ban đầu giữa các cấu kiện
• và vô số giá trị ở giữa hai loại trên

Trong mô hình phân tích kết cấu tổng thể, hai lựa chọn đầu tiên được sử dụng chủ yếu. Ngược lại, hầu hết các liên kết kết cấu thép thực tế thuộc nhóm thứ ba.

Phân loại này được hỗ trợ bởi cả tiêu chuẩn Eurocode lẫn AISC. Mặc dù thuật ngữ khác nhau, nhưng ý nghĩa là như nhau.

Đối với cả hai tiêu chuẩn, có một số yêu cầu cho từng loại phân loại cụ thể. Nếu bạn muốn biết chi tiết, bạn có thể tham khảo cơ sở lý thuyết cho Eurocode hoặc cho tiêu chuẩn AISC. Trước khi đi vào đánh giá, một số lý thuyết cơ bản và nâng cao có thể rất hữu ích.

Hai tình huống có vấn đề chính

• Các nút liên kết được coi là khớp trong mô hình phân tích tổng thể lại có ứng xử liên kết bán cứng trong thực tế thi công (truyền mô men uốn vào cấu kiện được liên kết).
• Các nút liên kết được coi là ngàm cứng lại không đủ cứng.

Chủ yếu do lý do chế tạo và lắp dựng, tình huống đầu tiên xảy ra thường xuyên hơn.

Một số người có thể nói rằng sự không chính xác này nằm về phía an toàn và do đó không gây ra vấn đề gì. Và đúng vậy, mô men uốn ở nhịp trong kết cấu thực được giảm bớt bởi mô men liên kết tại các đầu.

Nhưng cần phải xem xét sâu hơn: Điều này không nguy hiểm cho bản thân dầm, nhưng lại nguy hiểm cho cấu kiện mà dầm được liên kết vào!

Minh họa nhanh

Hãy cùng thể hiện tầm quan trọng của việc chọn đúng loại liên kết cho đúng mục đích. (Và cũng là hậu quả của việc chọn liên kết không phù hợp đối với phân tích tổng thể)

Nếu bạn giải quyết liên kết tiêu chuẩn của dầm trần vào dầm chính, bạn sẽ có nhiều phương án liên kết. Tôi đã chọn ba phương án phổ biến nhất.

 Với IDEA StatiCa Connection, bạn có thể tính toán độ cứng liên kết trong vài giây. Để so sánh tốt hơn, tôi đã thêm các trường hợp cực đoan với nút liên kết Ngàm cứng và Khớp:

• Liên kết ngàm cứng
• Liên kết 1 (S_j,ini = 6,7 MNm/rad)
• Liên kết 2 (S_j,ini = 1,3 MNm/rad)
• Liên kết 3 (S_j,ini = 0,5 MNm/rad)
• Liên kết khớp

Ảnh hưởng của độ cứng đến mô men uốn

Ảnh hưởng của độ cứng đến ứng suất tương đương (von Mises)

Như bạn có thể thấy, trong khi dầm phụ được sử dụng ít hơn khi độ cứng liên kết tăng, dầm chính có thể dễ dàng bị quá tải trong một số trường hợp.

Cách thực hiện thông thường

Khi Kỹ sư kết cấu quyết định rằng độ cứng thực tế của liên kết cần được tính đến (điều này nên xảy ra khá thường xuyên), có một số lựa chọn để tính toán.

• thủ công
• trong bảng tính đã được chuẩn bị sẵn
• tính toán bằng phần mềm chuyên dụng

Phân tích mẫu

• bạn giải một kết cấu đơn giản với 100 cấu kiện thép tuyến tính,
• tức là 200 đầu cần liên kết.
• kết cấu như vậy có thể chứa 20 loại liên kết khác nhau,
• bạn có 10 trường hợp tải trọng và 100 tổ hợp tải trọng được tạo ra.

Việc giải tất cả các liên kết cho từng tổ hợp tải trọng quyết định sẽ trở thành cơn ác mộng. Đó là lý do tại sao bạn chỉ tính toán những liên kết quan trọng. Tuy nhiên, có thể có 10 liên kết tới hạn với 2 - 6 cấu kiện liên quan và quy trình làm việc của bạn có thể như sau: 

 1 ) Mặc dù tốn rất nhiều thời gian, các mô hình liên kết và tính toán độ cứng của chúng vẫn có thể thực hiện được. Ít nhất là cho lần chạy đầu tiên.

 2 ) Sau khi phân tích độ cứng hoàn tất, bạn có thể đặt độ cứng xoay tại các nút của mô hình phân tích tổng thể. Bạn có thể nhập nó

                    dưới dạng một giá trị đơn:

• nếu M_Ed nhỏ hơn 2/3 M_j,Rd bạn có thể sử dụng trực tiếp Độ cứng ban đầu của liên kết
• nếu M_Ed lớn hơn 2/3 M_j,Rd - quá trình lặp

                   hoặc dưới dạng hàm phi tuyến:

 3 ) Với các thông số độ cứng đã cập nhật, bạn có thể chạy phân tích tổng thể, trong đó tất nhiên các nội lực mới sẽ được tính toán. Ảnh hưởng của cài đặt mới có thể nhỏ nhưng cũng có thể rất lớn trong một số trường hợp. Chúng tôi đã giải quyết một số trường hợp trong quá khứ, vì vậy bạn có thể xem bài viết cơ sở kiến thức của chúng tôi về chủ đề này.

 4 ) Bây giờ bạn cần kiểm tra và xem xét lại tiết diện và thiết kế liên kết của mình. Nếu mọi thứ đều phù hợp, bạn may mắn và có thể tiến hành bước thiết kế tiếp theo. Nhiều khả năng hơn là sẽ cần một số thay đổi trong thiết kế ban đầu, vì vậy bạn phải quay lại điểm 1 ) và lặp lại quá trình lặp cho đến khi tất cả các thành phần thiết kế đáp ứng tất cả các yêu cầu.

Cách thực hiện thông minh

Công cụ tốt nhất để tính toán độ cứng liên kết hiện nay là ứng dụng IDEA StatiCa Connection. Để đơn giản hóa tối đa quy trình làm việc và tiết kiệm nhiều thời gian quý báu, bạn có thể sử dụng liên kết BIM để xuất thiết kế liên kết của bạn từ ứng dụng CAD sang IDEA StatiCa Connection. 

Sau đó bạn đặt loại phân tích thành phân tích độ cứng và trong vài giây, bạn sẽ có được các thông số độ cứng. Để đạt hiệu quả tối đa, một số mẹo hữu ích cho phân tích độ cứng có thể được tìm thấy trong Trung tâm hỗ trợ của chúng tôi.

Mỗi phân tích độ cứng cung cấp ngay lập tức các kết quả quý giá sau:

Tất cả các giá trị quan trọng trong một bảng

Trực quan hóa đồ họa các giá trị đã tính toán

Bạn muốn tự tính toán độ cứng liên kết với IDEA StatiCa Connection? Chỉ cần làm theo hướng dẫn cho EN hoặc cho tiêu chuẩn AISC. 

Quá trình xác minh ứng dụng mới đã hoàn tất và các nghiên cứu đã được công bố cùng với các nhóm trường đại học. Bạn có thể xem qua một số ví dụ kiểm chứng.

Các thông tin quan trọng

• Cần nhớ rằng cùng một liên kết có thể được phân loại khác nhau tùy thuộc vào chiều dài của cấu kiện

• Độ cứng ban đầu (S_j,ini) không bị ảnh hưởng bởi mô men uốn thiết kế (M_Ed), trong khi nó chỉ có tác động đến Độ cứng cát tuyến (S_j,s)

• Sự thay đổi các thông số độ cứng của nút liên kết luôn ảnh hưởng đến nội lực được tính toán trong mô hình phân tích tổng thể

• Theo cách tiếp cận Eurocode, bạn phải phân biệt giữa hệ kết cấu có giằng và không có giằng vì cùng một liên kết có thể được phân loại là Ngàm cứng hoặc Liên kết bán cứng tùy thuộc vào hệ giằng

• Nếu Sj,ini và Sj,s cho thấy độ cứng vô hạn, điều này có nghĩa là đường cong độ cứng dốc đến mức thực tế là 90° trong biểu đồ, khiến tiếp tuyến cho kết quả vô cùng. Điều này luôn có nghĩa là một liên kết ngàm cứng cách xa ranh giới của loại liên kết bán cứng, vì vậy các giá trị chính xác không quan trọng.

Dùng thử IDEA StatiCa miễn phí

Bạn quan tâm đến khả năng của IDEA StatiCa trong việc phân tích độ cứng liên kết? Không có thời điểm nào tốt hơn để dùng thử IDEA StatiCa ngay bây giờ! 

Bắt đầu dùng thử ngay hôm nay và tận hưởng 14 ngày truy cập đầy đủ và dịch vụ miễn phí.