Lý thuyết thiết kế tiết diện chữ I - UB, UC, IPE, HE (Eurocode 3)

Vì sao hình chữ I hiệu quả

Một tiết diện chữ I tập trung vật liệu ở các cánh, xa trục trung hòa, nơi nó làm việc nhiều nhất để chống uốn. Điều này tối đa hóa mô men quán tính bậc hai trục mạnh $I_y$ với một trọng lượng cho trước - đó là lý do dầm cao và hẹp.

Sự đánh đổi là một $I_z$ trục yếu nhỏ: dầm chữ I yếu quanh trục yếu và dễ bị mất ổn định xoắn ngang trừ khi được giằng. Các tiết diện H cánh rộng (UC, HE) mở rộng cánh để cải thiện ứng xử trục yếu và dọc trục, khiến chúng là lựa chọn tự nhiên cho cột.

Uốn dẻo và uốn đàn hồi

Một tiết diện chữ I đặc chắc (Loại 1 hoặc 2) có thể phát triển toàn bộ mô men dẻo của nó, dùng mô đun dẻo $W_{pl}$ - lớn hơn khoảng 10–15% so với giá trị đàn hồi với một hình chữ I điển hình. Một tiết diện Loại 3 bị giới hạn ở chảy đầu tiên (mô đun đàn hồi $W_{el}$). Độ mảnh của phần cánh thừa $c/t_f$ và bụng $c/t_w$ quyết định loại.

Mất ổn định xoắn ngang (LTB)

Vì trục yếu yếu, một dầm chữ I không giằng khi uốn có xu hướng mất ổn định sang ngang và xoắn trước khi đạt $M_{c,Rd}$. Khả năng chịu lực thiết kế $M_{b,Rd}$ áp dụng một hệ số giảm $\chi_{LT}$ phụ thuộc vào chiều dài không giằng, dạng mô men $(C_1)$, và độ cứng vênh/xoắn. Giằng cánh chịu nén (ví dụ bằng một bản sàn hoặc xà gồ) làm tăng đáng kể khả năng chịu lực.

Nén kết hợp uốn (tương tác)

Một dầm-cột thực mang lực dọc trục và uốn cùng nhau, nên hai kiểm tra tương tác áp dụng - chính các kiểm tra mà ví dụ tính toán suy ra đầy đủ. Trước tiên là kiểm tra tiết diện (§6.2.9): lực dọc đồng thời giảm mô men khả dụng còn $M_{N,Rd}$, và với một tiết diện chữ I Loại 1/2, dạng dẻo hai phương chi phối, với các số mũ $\alpha=2$ và $\beta=\max(5n,1)$ trong đó $n=N_{Ed}/N_{pl,Rd}$:

Sau đó là kiểm tra ổn định cấu kiện (§6.3.3) kết hợp mất ổn định nén với mất ổn định xoắn ngang qua các hệ số tương tác $k_{yy}, k_{yz}, k_{zy}, k_{zz}$. Cả hai Biểu thức (6.61) và (6.62) phải được thỏa mãn:

Các hệ số k đến từ EN 1993-1-1 Phụ lục B (Phương pháp 2) - phương pháp mà Tool này thực hiện, hợp lệ cho mọi loại tiết diện. Với các tỷ số dọc trục $n_y=N_{Ed}/N_{b,y,Rd}$ và $n_z=N_{Ed}/N_{b,z,Rd}$ và các hệ số mô men đều tương đương $C_{my}, C_{mz}$ (Bảng B.3):

Ví dụ tính toán đánh giá cả bốn hệ số và cả hai biểu thức cho một tải đại diện - xem nó được áp dụng với các con số thực.

UB và IPE - UK và châu Âu

UB (dầm phổ thông, BS EN 10365) và IPE (châu Âu, EN 10365) đều là dầm chữ I nhưng từ các loạt kích thước khác nhau với độ vát cánh và bước kích thước khác nhau. IPE/HE chiếm ưu thế ở lục địa châu Âu, Trung Đông và phần lớn châu Á; UB/UC chiếm ưu thế ở UK và Khối thịnh vượng chung. Phương pháp thiết kế Eurocode là giống hệt nhau - chỉ các kích thước tiết diện khác nhau.