Đối với sinh viên kỹ thuật, đặc biệt là sinh viên chuyên ngành xây dựng – kết cấu, việc giải bài toán cơ học, vẽ biểu đồ nội lực, tính toán ứng suất, chuyển vị kết cấu là hết sức cơ bản. Việc tính toán bằng tay là yêu cầu bắt buộc. Đối với các phần mềm mạnh về kết cấu như SAP2000, việc dựng mô hình, gán điều kiện biên, đặt lực và chạy khá đơn giản. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thử xây dựng mô hình và phân tích bài toán dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố và tải trọng tập trung, tính toán thiết kế dầm thép bằng phần mềm Solidworks.
Quy trình tính toán thiết kế dầm thép
Bài toán: Phân tích và tính toán thiết kế dầm thép có thông số như sau: Dầm đơn W360x33 dài 5m (theo AISC, W360x33 nghĩa là dầm H cao 360, khối lượng 33 kg/m), tương đương dầm H349x127x5,8×8.5, chịu tải phân bố 20000 N.m trên 3m đầu tiên, chịu tải trọng tập trung 50000 N tại vị trí cách gối bên trái 4m như hình vẽ.
Bước 1: Vẽ sketch có chiều dài lần lượt 3m, 1m và 1m. Mục đích của phần này là để tạo ra các đoạn dầm, các nút để đặt được lực phân bố (20000 N/m) và lực tập trung 50000 N.
Bước 2: Vẽ biên dạng của dầm theo kích thước H349x127x5,8×8,5
Bước 3: Gán điều kiện dầm đơn cho dầm (Simple beam): trong đó gối bên trái không cho chuyển vị theo phương thẳng đứng, và phương ngang. Ngoài ra dầm cũng không được chuyển vị theo phương vuông góc vào trong. Tương tự, gối bên trái không cho chuyển vị theo phương thẳng đứng và phương vuông góc vào trong.
Bước 4: Gán tải trọng phân bố trên 3m đầu tiên, giá trị 20000 N/m
Bước 5: Gán tải trọng tập trung tại ví trí cách gối bên trái 4m, giá trị 50000 N.
Bước 6: Gán vật liệu, chia lưới và chạy trương trình
Bước 7: Kiểm tra biểu đồ lực cắt
Giá trị lực cắt lớn nhất tại gối bên trái là 52 kN, tại gối bên phải là 58 kN, phù hợp với tính toán bằng tay.
Bước 8: Kiểm tra biểu đồ moment
Giá trị moment lớn nhất bằng 67600 N.m, giá trị moment bằng 0 ở hai gối.
Bước 9: Kiểm tra ứng suất
Ứng suất uốn theo lý thuyết
Trong đó I là moment quán tính của mặt cắt dầm H349x127x5,8×8,5 được lấy ra từ phần mềm hoặc tính tay.
Ứng suất uốn theo phần mềm tính toán: 142,8 MPa, phù hợp với lý thuyết tính toán.
Bước 10: Kiểm tra chuyển vị
Chuyển vị lớn nhất xảy ra tại giữa dầm, giá trị bằng 10,87 mm.
Trên đây là hướng dẫn cách vẽ và tính toán thiết kế dầm thép cơ bản bằng phần mềm Solidworks.
