Nghiên cứu tính toán, thiết kế và thí nghiệm dàn thép

 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
229 
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ 
THÍ NGHIỆM DÀN THÉP 
SV Phạm Châu Đức 
SV Ngô Quang Duy 
GVHD: KS. Lê Văn Trình 
Trường Đại học Xây dựng Miền Trung 
Tóm tắt 
Đề tài tiến hành phân tích sự làm việc 
của dàn thép. Các dạng dàn thép khác nhau 
được phân tích tính toán. Các kết quả về nội 
lực của thanh dàn được được so sánh với phần 
mềm SAP2000 và kết quả thí nghiệm thực 
tiễn. Qua các kết quả phân tích số, tác giả rút 
ra một số kết luận quan trọng và hướng phát 
triển. 
Từ khóa 
Dàn thép, thí nghiệm dàn thép, tính toán 
dàn thép. 
1. Đặt vấn đề 
Các bài toán về phân tích sự làm 
việc của dàn thép nhà công nghiệp đã 
được nhiều tác giả trong và ngoài nước 
thực hiện kể cả về mặt lý thuyết và thực 
nghiệm. Các nghiên cứu này đã đưa ra 
trạng thái ứng suất biến dạng của dàn 
thép khi chịu tải trọng tác dụng trong các 
giai đoạn làm việc của dàn. Tuy nhiên các 
nghiên cứu này chưa trình bày cách cụ thể 
cách tiếp cận các kết quả phù hợp với 
trình độ sinh viên. 
Tình hình giảng dạy và hiểu biết của 
sinh viên đại học nói chung và sinh viên 
Trường Đại học Xây dựng Miền Trung nói 
riêng về sự làm việc của dàn thép chỉ 
dừng lại là những hiểu biết về lý thuyết. 
Còn các quy trình thí nghiệm cũng như 
khảo sát bằng thực nghiệm của bài toán 
sự làm việc thực tế của dàn thép còn chưa 
được tiếp cận. Chính vì thế nghiên cứu 
này sẽ tập trung đưa ra quy trình thí 
nghiệm cụ thể và đánh giá kết quả thí 
nghiệm để làm rõ sự hiểu biết đó và đây 
là cách nhìn bài toán một cách trực quan 
và phù hợp với tình hình giảng dạy hiện 
nay tại Nhà trường. Ngoài ra để đánh giá 
mức độ tin cậy của kết quả thực nghiệm 
so với lý thuyết thì nghiên cứu cũng sẽ 
đưa vào phương pháp nghiên cứu mô 
phỏng bằng phần tử hữu hạn. 
2. Cơ sở lý thuyết 
2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên 
dàn và sơ đồ tính dàn 
Tải trọng tác dụng lên dàn Ptt (đặt 
tại các nút dàn): 
tt ttP q B (0.1) 
Trong đó: 
KHOA HỌC SINH VIÊN 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
230 
qtt: tải trọng phân bố đều trên dàn 
B: bước dàn 
L
P t
P t
P t
P t
P t
1
4
9
2
5
10
6
3
7
11
8
Hình 2.1. Sơ đồ tính toán và số thứ tự phần tử 
các thanh dàn 
2.2. Xác định nội lực trong các thanh 
dàn 
Nội lực trong dàn được xác định theo 
ba phương pháp sau: 
- Lý thuyết: phương pháp tách mắt, 
phương pháp mặt cắt,... Một số giả thuyết 
khi tính toán theo phương pháp lý thuyết: 
 + Trục các thanh đồng quy tại tim 
nút dàn; 
 + Xem nút dàn là khớp; 
 + Thanh dàn chỉ chịu nội lực dọc 
trục (kéo hay nén đúng tâm). 
Phương pháp phần tử hữu hạn: sử 
dụng phần mềm SAP2000. 
- Thí nghiệm dàn thép. 
- Kết quả được xử lý tính toán qua 
đó đưa ra kết luận. 
2.3. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh 
dàn 
2.3.1. Chọn và kiểm tra tiết diện 
thanh chịu nén 
Khi chọn tiết diện cần giả thiết độ 
mảnh λ: 
+ λgt = 6080 (đối với thanh cánh) 
+ λgt =100120 (đối với thanh bụng) 
Diện tích cần thiết Act của tiết diện 
thanh: 
c
ct f
NA
 
 (2.2) 
Trong đó: N: lực nén trong thanh; 
 c: hệ số điều kiện làm việc; 
 f: cường độ tính toán của vật 
liệu thép; 
 φ: hệ số uốn dọc, tra bảng II.1 
phụ lục II GT KCT. 
Từ Act (diện tích cần thiết của hai 
thép góc) dựa vào các bảng thép góc, xác 
định số hiệu thép góc cần dung thỏa mãn: 
2
ct
g
AA 
 (2.3) 
Từ số hiệu thép đã chọn, tra được 
các đặt trưng hình học ix, iy, Ag (Ag 
Act/2). 
Kiểm tra tiết diện đã chọn: 
cfA
N

 
min (2.4) 
Trong đó: A: diện tích tiết diện (A = 2Ag); 
 φmin: hệ số uốn dọc nhỏ nhất tra 
bảng theo λmax và f. 
λmax = max (λx, λy) và λmax [λ] 
2.3.2. Chọn và kiểm tra tiết diện 
thanh chịu kéo 
Diện tích cần thiết Act của tiết diện 
thanh: 
c
ct f
NA

 (2.5) 
Có Act (diện tích cần thiết của hai 
thép góc) dựa vào các bảng thép góc, xác 
định số hiệu thép góc cần dung thỏa mãn. 
Từ số hiệu thép đã chọn, tra được 
các đặc trưng hình học: ix, iy, Ag 
Kiểm tra tiết diện đã chọn: 
c
n
f
A
N
 
 (2.6) 
Với: An diện tích thực của tiết diện. 
Yêu cầu về độ mảnh: 
 max  
3. Ví dụ số 
Đề tài đưa ra một số ví dụ tính toán 
về dàn thép với kích thước và mô hình khá 
nhau. Kết quả được trình bày dưới dạng 
bảng tính. 
3.1. Bài toán 1 
Tính toán và thiết kế cho dàn thép ở 
Hình 0.1 với các số liệu tính toán như 
Bảng 0.1. Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 
0,7 mm; có trọng lượng: 
 tcmg 0,074 
kN/m2; 
1,3p ; 1,05g .Độ võng cho 
phép của dầm 
1
2 0 0L
 . 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
231 
Bảng 0.1. Số liệu tính bài toán 1 
STT 
L 
(m) 
D 
(m) 
H1 
(m) 
H2 
(m) 
tc
mp 
(kN/m2) 
1 9 1,5 0,5 0 0,2 
L
H
1
dddddd
Hình 0.1. Sơ đồ tính bài toán 1 
 Kết quả tính toán 
L
1
4
9
2
5
10
6
3
7
11
8
Hình 0.2. Sơ đồ đánh số thứ tự các thanh dàn 
bài toán 1 
Bảng 0.2. Nội lực các thanh dàn bài toán 1 
Nội lực dàn 
Stt Thanh 
Nội lực (kN) 
Lý thuyết SAP2000 
1 1 -74,71 -74,71 
2 2 -59,77 -59,77 
3 3 -44,82 -44,82 
4 4 0,00 0,00 
5 5 -14,94 -14,94 
6 6 1,65 1,65 
7 7 -15,21 -15,21 
8 8 6,60 6,60 
9 9 74,25 74,25 
10 10 74,25 74,25 
11 11 59,40 59,40 
Bảng 0.3. Kết quả tính toán bài toán 1 
Thanh 
Lực 
dọc 
(kN) 
λgt 
Act cm2 Số 
hiệu 
Thép 
góc 
2Ag 
(cm2) 
ix 
(cm
) 
iy 
(cm) 
lx 
(cm) 
ly 
(cm) 
λmax φmin 
  
daNcm 
fc 
daN/c
m2 
Kết 
luận Nén Kéo 
1 -74,71 70 4,59 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 1420,1 2100 Thỏa 
2 -59,77 70 3,67 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 1136,1 2100 Thỏa 
3 -44,82 70 2,75 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 852,0 2100 Thỏa 
4 0,00 L50x5 9,60 1,51 2,52 13,33 16,67 0,0 2100 Thỏa 
5 -14,94 100 1,22 L50x5 9,60 1,51 2,52 120,74 150,92 79,96 0,72 215,6 2100 Thỏa 
6 1,65 0,08 L50x5 9,60 1,51 2,52 26,67 33,33 17,2 2100 Thỏa 
7 -15,21 100 1,24 L50x5 9,60 1,51 2,52 122,93 153,66 81,41 0,71 222,6 2100 Thỏa 
8 6,60 0,31 L50x5 9,60 1,51 2,52 40,00 50,00 68,8 2100 Thỏa 
9 74,25 3,54 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 773,4 2100 Thỏa 
10 74,25 3,54 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 773,4 2100 Thỏa 
11 59,40 2,83 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 618,8 2100 Thỏa 
3.2. Bài Toán 2 
Tính toán và thiết kế cho dàn thép ở 
Hình 0. với các số liệu tính toán trong 
Bảng 0.4. Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 
0,7 mm; có trọng lượng: 
tc
mg 0,074 
kN/m2 ; 1,3p ; 1,05g . 
Độ võng cho phép của dầm 
1
2 0 0L
Bảng 0.4. Số liệu tính bài toán 2 
STT 
L 
(m) 
D 
(m) 
H1 
(m) 
H2 
(m) 
tc
mp 
(kN/m2) 
1 6 1,5 0,75 0,5 0,3 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
232 
L
H
2 H
1
dddd
Hình 0.3 Sơ đồ tính bài toán 2 
 Kết quả tính toán 
1
2
3 4
5
6 7
8
9 10
11
12 13 
Hình 0.4. Sơ đồ đánh số thứ tự các thanh dàn 
bài toán 2 
Bảng 0.5. Nội lực các thanh dàn bài toán 2 
Nội lực dàn 
Stt Thanh 
Nội lực (kN) 
Lý thuyết SAP2000 
1 1 -2,23 -2,23 
2 2 0,00 0,00 
3 3 -32,25 -32,25 
4 4 -32,25 -32,25 
5 5 -35,84 -35,84 
6 6 -26,04 -26,04 
7 7 14,14 14,14 
8 8 -4,46 -4,46 
9 9 -5,95 -5,95 
10 10 -1,10 -1,10 
11 11 1,49 1,49 
12 12 20,83 20,83 
13 13 20,83 20,83 
Bảng 0.6. Kết quả tính toán bài toán 2 
Thanh 
Lực 
dọc 
 (kN) 
λgt 
Act cm2 Số 
hiệu 
thép 
 góc 
2Ag 
(cm
2) 
ix 
(cm) 
iy 
(cm) 
lx 
(cm) 
ly 
(cm) 
λmax φmin 
 
daN/c
m2 
fc 
daN/c
m2 
Kết 
luận Nén Kéo 
1 -2,23 70 0,14 L30x3 3,48 0,90 1,45 50,00 50,00 55,62 0,84 76,4 2100 Thỏa 
2 0,00 70 0,00 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 0,0 2100 Thỏa 
3 -32,25 70 1,98 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 1331,8 2100 Thỏa 
4 -32,25 70 1,98 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 0,0 2100 Thỏa 
5 -35,84 70 2,20 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 1479,8 2100 Thỏa 
6 -26,04 100 1,60 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,00 93,75 83,43 0,70 748,3 2100 Thỏa 
7 14,14 0,67 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,00 93,75 406,2 2100 Thỏa 
8 -4,46 100 0,36 L30x3 3,48 0,90 1,45 50,00 62,50 55,62 0,84 128,3 2100 Thỏa 
9 -5,95 100 0,48 L30x3 3,48 0,90 1,45 81,39 101,74 90,54 0,65 170,9 2100 Thỏa 
10 -1,10 100 0,09 L30x3 3,48 0,90 1,45 81,39 101,74 90,54 0,65 31,6 2100 Thỏa 
11 1,49 0,07 L30x3 3,48 0,90 1,45 60,00 75,00 42,8 2100 Thỏa 
12 20,83 0,992 L30x3 3,48 0,90 1,45 150 150 598,6 2100 Thỏa 
13 20,83 0,992 L30x3 3,48 0,90 1,45 150 150 598,6 2100 Thỏa 
3.3. Bài toán 3 
Xác định nội lực các thanh trong dàn 
thép thể hiện Hình 0. với các số liệu tính 
toán trong Bảng 0.7. Các thanh dàn có 
tiết diện L50x5. Kết quả so sánh với thí 
nghiệm thực tiễn. 
Bảng 0.7 Số liệu tính bài toán 3 
STT L (m) 
d 
(m) 
H1 
(m) 
Tiết diện 
 1 3 0,6 0,4 2L50x5 
P tt P tt
L
d d d d d
d d d d
H
1
Hình 0.5 Sơ đồ tính bài toán 3 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
233 
1
2
4 5 6 7
3
8 9 10 
Hình 0.6 Đánh số thanh dàn 
Nội lực thanh dàn được xác định với 
các cấp tải khác nhau bằng mô hình thí 
nghiệm như trên hình. 
Hình 0.7. Mô hình thí nghiệm 
Hình 0.8. Tensor biến dạng 
Hình 0.9. Máy STS-WIFI 
Hình 0.10. Thiết bị đo chuyển vị 
Nội lực thanh dàn thu được từ thí 
nghiệm được so sánh với phương pháp lý 
thuyết. Kết quả được thể hiện trong bảng 
0.8, bảng 0.9 và bảng 0.10. 
Bảng 0.8. Nội lực thanh số 3 
Thanh số 3 
STT 
Cấp tải 
 (kN) 
Biến 
dạng 
Ứng suất 
(kN/cm2) 
Nội lực Sai số 
(%) Phương pháp N (kN) 
1 10,81 -1,21E-04 -1,076 
Thí nghiệm -10,33 
60,76 
Lý thuyết -4,054 
2 14,39 -1,70E-04 -1,512 
Thí nghiệm -14,52 
62,83 
Lý thuyết -5,396 
3 20,77 -2,52E-04 -2,244 
Thí nghiệm -21,54 
63,84 
Lý thuyết -7,789 
4 30,44 -3,86E-04 -3,441 
Thí nghiệm -33,04 
65,45 
Lý thuyết -11,42 
5 36,02 -4,73E-04 -4,218 
Thí nghiệm -40,49 
66,64 
Lý thuyết -13,51 
6 40,47 -5,50E-04 -4,907 
Thí nghiệm -47,11 
67,78 
Lý thuyết -15,18 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
234 
Bảng 0.9. Nội lực thanh số 5 
Thanh số 5 
STT 
Cấp tải 
(kN) 
Biến dạng 
Ứng suất 
(kN/cm2) 
Nội lực Sai số 
(%) Phương pháp N (kN) 
1 10,81 -1,21E-04 -1,08 
Thí nghiệm -10,37 
34,83 
Lý thuyết -6,756 
2 14,39 -1,70E-04 -1,513 
Thí nghiệm -14,52 
38,06 
Lý thuyết -8,994 
3 20,77 -2,52E-04 -2,248 
Thí nghiệm -21,58 
39,84 
Lý thuyết -12,98 
4 30,44 -3,86E-04 -3,442 
Thí nghiệm -33,04 
42,43 
Lý thuyết -19,03 
5 36,02 -4,73E-04 -4,218 
Thí nghiệm -40,49 
44,40 
Lý thuyết -22,51 
6 40,47 -5,50E-04 -4,905 
Thí nghiệm -47,09 
46,28 
Lý thuyết -25,29 
Bảng 0.10. Nội lực thanh số 9 
Thanh số 9 
STT 
Cấp tải 
(kN) 
Biến 
dạng 
Ứng suất 
(kN/cm2) 
Nội lực Sai số 
(%) Phương pháp N (kN) 
1 10,81 1,98E-04 1,7665 
Thí nghiệm 16,959 
28,29 
Lý thuyết 12,161 
2 14,39 2,81E-04 2,5087 
Thí nghiệm 24,084 
32,78 
Lý thuyết 16,189 
3 20,77 4,11E-04 3,6653 
Thí nghiệm 35,187 
33,59 
Lý thuyết 23,366 
4 30,44 6,24E-04 5,565 
Thí nghiệm 53,424 
35,90 
Lý thuyết 34,245 
5 36,02 7,37E-04 6,5768 
Thí nghiệm 63,137 
35,82 
Lý thuyết 40,523 
6 40,47 8,43E-04 7,518 
Thí nghiệm 72,173 
36,92 
Lý thuyết 45,529 
4. Kết luận và kiến nghị 
Đề tài đã tiến hành phân tích sự 
làm việc của dàn thép. Các dạng dàn 
thép khác nhau được phân tích tính 
toán. Các kết quả về nội lực của thanh 
dàn được so sánh với phần mềm 
SAP2000 và kết quả thí nghiệm thực 
tiễn. Qua các kết quả phân tích số, tác 
giả rút ra một số kết luận quan trọng và 
hướng phát triển. 
4.1. Kết luận 
- Nội lực của các thanh trong dàn 
phụ thuộc vào vị trí của thanh và tải trọng 
tác dụng. 
- Kết quả nội lực tính toán bằng 
phương pháp lý thuyết giống tương tự với 
 Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology 
 Số 2/2016 No. 2/2016 
235 
phần mềm SAP2000 chứng tỏ tính chính 
xác trong qua trình tính toán. 
- Nội lực bằng phương pháp lý 
thuyết chênh lệch so với thí nghiệm chứng 
tỏ sự khác nhau trong mô hình tính trên lý 
thuyết và thực nghiệm. 
4.2. Kiến nghị 
Sử dụng mô hình dàn thép đã được 
áp dụng trong đề tài để áp dụng vào môn 
học Thí nghiệm công trình. Qua đó giúp 
sinh viên có cái nhìn trực quan hơn về dàn 
thép và thí nghiệm dàn thép. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư và Lưu Văn Tường, 2007. Kết cấu thép – Cấu kiện cơ 
bản. NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 
[2]. Trần Thị Thôn. Bài tập Thiết kế kết cấu. NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh.