Chiều dài hiệu dụng (Effective Length) và Chiều dài không giằng (Unbraced Length): Sự khác biệt chính và ứng dụng trong phần mềm CSI
Tính ổn định của kết cấu là một yêu cầu quan trọng trong quá trình thiết kế và phân tích khung, đặc biệt là khi cấu kiện chịu tải nén hoặc tải uốn. Hai thông số cơ bản xác định khả năng ổn định của kết cấu là “Chiều dài hiệu dụng” (effective length) và “Chiều dài không giằng” (unbraced length). Hai khái niệm này thường bị nhầm lẫn hoặc sử dụng thay thế cho nhau, nhưng thực tế chúng có mục đích và ý nghĩa hoàn toàn khác nhau. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết hai khái niệm, nêu rõ sự khác biệt và cách áp dụng chúng trong phần mềm CSI phục vụ cho thiết kế kết cấu thép.
Chiều dài không giằng là gì?
Chiều dài không giằng là chiều dài vật lý thực tế của khung giữa hai điểm chịu lực ngang. Đây là khoảng không được giằng, nơi có thể xảy ra hiện tượng uốn cong ngang hoặc xoắn.
Ví dụ:
- Trong dầm, chiều dài không giằng là khoảng cách giữa các thanh đỡ bên hoặc thanh giằng ngăn cản chuyển động ngang.
- Trong các cột, thông thường, chiều dài không được gia cố là khoảng cách giữa 2 tầng.
Những cân nhắc chính:
- Bản chất hình học: Chiều dài không giằng là phép đo đơn giản dựa trên bố cục vật lý của cấu trúc.
- Vai trò quan trọng trong thiết kế : Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu uốn cong xoắn ngang của cấu kiện (trong dầm) và uốn cong ngang (trong cột).
Thiết kế và Chiều dài không giằng
Trong phần mềm CSI, tham số này được xác định trong quá trình mô hình hóa và chịu ảnh hưởng của hình dạng và vị trí của thanh giằng ngang. Người dùng nên cẩn thận xác nhận và điều chỉnh chiều dài không giằng mà chương trình giả định để phản ánh các điều kiện thực tế.
Chiều dài hiệu dụng là gì?
Chiều dài hiệu dụng tính đến hành vi uốn cong tổng thể của các cấu kiện, kết hợp các điều kiện biên và độ cứng của hệ thống kết cấu. Chiều dài hiệu dụng được tính bằng chiều dài thực tế của cấu kiện (L) nhân với hệ số chiều dài hiệu dụng (K).
Ví dụ:
- Một cột được ghim có thể có hệ số K = 1,0.
- Một cột trong khung lắc lư, có thể bị mất ổn định theo chiều ngang, có thể có K > 1,0, phản ánh nguy cơ uốn cong cao hơn.
Các yếu tố quyết định hệ số K:
- Cứng khớp.
- Đặc điểm lắc lư hoặc không lắc lư của khung.
- Điều kiện hỗ trợ (ghim, cố định, v.v.).
Không giống như chiều dài không được gia cố, chiều dài hiệu dụng là một tham số ổn định kết hợp chứ không phải là một đặc tính hình học.
Áp dụng chiều dài không giằng và chiều dài hiệu dụng trong phần mềm CSI
Mặc dù CSI Software cung cấp các công cụ mở rộng để mô hình hóa và phân tích, việc chỉ định độ dài không giằng và hiệu quả đòi hỏi sự cân nhắc và đánh giá kỹ lưỡng. Những độ dài này rất quan trọng đối với các thiết kế tuân thủ mã, đặc biệt là trong EC3.
Xác định Độ dài Hiệu dụng (Hệ số K) trong Phần mềm CSI
Hệ số chiều dài hiệu dụng (K) điều chỉnh dựa trên việc khung có lắc lư hay không:
- K1 (Khung không lắc): Thông thường ≤ 1,0.
- K2 (Khung lắc): Thông thường ≥ 1,0.
Lưu ý quan trọng cho Eurocode 3:
- Trừ khi ghi đè, hệ số K cho dầm luôn là 1;
- K2 ảnh hưởng đến việc tính toán Nb,rd;
- K1 ảnh hưởng đến các yếu tố Kij.
- Trong Tùy chọn thiết kế thép, việc chọn “P-Delta Done = Yes” cho biết trường hợp tải P-Delta hoặc phân tích uốn cong đã được thực hiện trước khi thiết kế và K2 sẽ tự động mặc định là 1.0
Hiệu ứng P-Delta toàn cầu – Eurocode 3, điều khoản 6.3
Nếu hiệu ứng P-Delta toàn cầu không liên quan (αcr ≥ 10), các cột có thể được kiểm tra bằng các tùy chọn sau:
- K2 = 1,0, giả sử chiều dài uốn cong bằng chiều dài thực tế. Điều này có thể dễ dàng đạt được thông qua tùy chọn "P-Delta Done = Yes".
- Phân tích tuyến tính không tính đến các hiệu ứng bậc hai toàn cầu.
Nếu hiệu ứng P-Delta toàn cầu có liên quan (αcr < 10), các cột có thể được kiểm tra bằng các tùy chọn sau:
- K2 = 1,0, giả sử chiều dài uốn cong bằng chiều dài thực tế. Điều này có thể dễ dàng đạt được thông qua tùy chọn "P-Delta Done = Yes".
- Cả các bất thường toàn cục và hiệu ứng bậc hai đều phải được xem xét trong quá trình phân tích. Các tổ hợp tải trọng thiết kế nên được chuyển đổi sang trường hợp tải trọng P-Delta phi tuyến tính.
Tùy thuộc vào Phụ lục Quốc gia, ở một số quốc gia, quy trình sau được phép áp dụng khi hiệu ứng P-Delta toàn cầu có liên quan (αcr < 10):
- K2 được tính toán tự động cho các khung dao động hoặc nhập thủ công theo chế độ dao động không ổn định.
- Phân tích tuyến tính không tính đến các hiệu ứng bậc hai toàn cầu.
Các bước để xác định hoặc sửa đổi tham số độ dài
- Tính toán tự động: Sử dụng chức năng tích hợp sẵn của phần mềm để tính toán hệ số K (K1 và K2) dựa trên hình dạng khung và đặc tính độ cứng.
- Điều chỉnh thủ công: Khi điều kiện biên giới yêu cầu tùy chỉnh, hãy ghi đè chiều dài hiệu dụng (K1 và K2) và chiều dài không giằng (L) theo cách thủ công cho các phần tử khung cụ thể.
Ví dụ
Dầm sau được mô hình hóa như một vật thể khung đơn với nhịp 12,0 mét. Chiều dài hiệu dụng (hệ số K) là 1 và Chiều dài không giằng (L) là 12 mét.
|
Lcr (y) = 1 x 1 x 12 = 12 mét |
✅ |
|
Lcr(z) = 1 x 1 x 12 = 12 mét |
✅ |
Bây giờ, cùng một dầm được mô hình hóa bằng hai đối tượng khung, mỗi đối tượng dài 6,0 mét. Trong trường hợp này, mối nối giữa được coi là điểm giằng ngang cho hiện tượng võng trục yếu (Mzz). Tỷ lệ chiều dài không giằng (Lz) phải được điều chỉnh/ghi đè thủ công để tính đến điều kiện này
| Lcr (y) = 1 x 1 x 12 = 12 mét | ✅ |
| Lcr(z) = 1 x 1 x 6 = 6 mét | ❌ |
Một trường hợp khác có thể là dầm sau, được mô hình hóa như một vật thể khung đơn với nhịp 12,0 mét và một dầm công xôn được kết nối tại điểm giữa của nó. Trong trường hợp này, công xôn được coi là điểm giằng ngang cho hiện tượng võng trục yếu (Mzz). Tỷ lệ chiều dài không giằng (Lz) phải được điều chỉnh/ghi đè thủ công để phản ánh điều kiện này.
| Lcr (y) = 1 x 1 x 12 = 12 mét | ✅ |
| Lcr(z) = 1 x 1 x 6 = 6 mét | ❌ |
Cột được hỗ trợ đơn giản với nhịp 3,0 mét.
| Lcr (y) = 1 x 1 x 3 = 3 mét | ✅ |
| Lcr (z) = 1 x 1 x 3 = 3 mét | ✅ |
Cột cố định có nhịp 3,0 mét. Lưu ý rằng trong trường hợp này, có 2 trường hợp, một cho chế độ lắc và một cho chế độ không lắc. Cả hai đều được xem xét khi thiết kế.
Một tòa nhà nhiều tầng có cột cao 6 mét được mô hình hóa bằng cách sử dụng hai đoạn khung, mỗi đoạn dài 3,0 mét.
Phần kết luận
Việc hiểu được sự tương tác giữa chiều dài không giằng và chiều dài hiệu dụng là điều cần thiết để thiết kế kết cấu chính xác. Trong khi chiều dài không giằng hoàn toàn mang tính hình học, chiều dài hiệu dụng phản ánh các yếu tố ổn định bổ sung như điều kiện biên và hành vi dao động.
Trong Phần mềm CSI, việc xác định các thông số này phải được đặc biệt chú trọng, đảm bảo chúng phù hợp với các yêu cầu của tiêu chuẩn (ví dụ: EC3) và các ràng buộc kết cấu thực tế. Tận dụng khả năng phân tích tiên tiến của phần mềm, các kỹ sư kết cấu có thể tối ưu hóa thiết kế đồng thời đảm bảo an toàn. Tuy nhiên, việc kiểm tra chéo kết quả đầu ra của phần mềm với các tính toán thủ công và tiêu chuẩn thiết kế là rất quan trọng, đặc biệt là đối với các yếu tố kết cấu quan trọng.
CÁM ƠN QUÝ ĐỘC GIẢ ĐÃ QUAN TÂM VÀ THEO DÕI BÀI VIẾT CỦA VIETCONS.EDU.VN !Các bạn có thể liên hệ trực tiếp Fanpage (https://www.facebook.com/VietConsEducation) của trung tâm để đặt câu hỏi. Chúng tôi sẽ giải đáp thêm cho bạn.
Quét mã QR
