Oằn xoắn ngang

Oằn xoắn ngang là gì và nguyên nhân gây ra là gì?

Oằn xoắn ngang (LTB) là sự biến dạng của một dầm không được giằng do tải trọng tác dụng lệch khỏi trục dọc của nó – bao gồm cả chuyển vị ngang và xoắn.

Dầm thép không được giằng là những dầm có bản cánh chịu nén tự do di chuyển (hoặc dịch chuyển) theo phương ngang và cũng có thể xoay. Nếu chúng ta áp dụng lý thuyết này cho một dầm đơn giản kê hai đầu thì bản cánh chịu nén là bản cánh trên. Khi bản cánh này bị lệch theo phương ngang, bản cánh chịu kéo có xu hướng giữ cho dầm thẳng và tạo ra các lực 'phục hồi' do sự uốn ngang của dầm. Tuy nhiên, các lực này không đủ để tự giữ dầm thẳng. Khả năng chống oằn xoắn ngang của dầm được xác định bởi các lực phục hồi và thành phần ngang của lực kéo trong bản cánh chịu kéo.

Sự tương tác giữa bản cánh chịu nén và bản cánh chịu kéo làm cho dầm không được giằng bị xoắn. Khả năng chống lại sự xoắn này phụ thuộc vào khả năng chịu xoắn của tiết diện dầm. Ví dụ, các dầm có bản cánh dày hơn có khả năng chịu xoắn lớn hơn so với các dầm có bản cánh mỏng hơn với cùng chiều cao tiết diện. Có những tiết diện khác cũng có khả năng chống oằn tốt hơn (RHS/SHS) và thường được sử dụng trong các trường hợp cần vượt nhịp (khá) lớn để chịu tải trọng thẳng đứng (ví dụ: các lỗ mở có cửa gấp) dễ bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng lực ngoài mặt phẳng.

Để xem cách phá hoại do oằn xoắn ngang xảy ra, hãy xem video này.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến oằn xoắn ngang?

Có ba yếu tố chính:

1. Vị trí của tải trọng tác dụng
2. Sự phân bố mô-men uốn
3. Điều kiện liên kết ở đầu dầm

Vị trí của tải trọng tác dụng

Ảnh hưởng của oằn xoắn ngang phụ thuộc vào khoảng cách giữa vị trí đặt tải và tâm cắt của tiết diện dầm.  Tiết diện sẽ dễ bị oằn xoắn ngang hơn nếu tải trọng được đặt phía trên tâm cắt.  Ảnh hưởng sẽ ít hơn nếu tải trọng được đặt tại tâm cắt, và nếu đặt phía dưới thì dầm hầu như không có khả năng bị oằn xoắn ngang.

[Lưu ý] Tâm cắt là một điểm trên tiết diện dầm mà tại đó tải trọng tác dụng không gây ra sự xoắn của dầm.  Nó phụ thuộc vào hình dạng tiết diện. Tâm cắt và trọng tâm của một tiết diện đối xứng là trùng nhau.  Chúng có thể không trùng nhau đối với tiết diện không đối xứng. Việc tính toán tâm cắt cho một tiết diện bất kỳ liên quan đến một số phép toán, nhưng may mắn là các kỹ sư có thể sử dụng phần mềm và các bảng tính sẵn để tham khảo!

Sự phân bố mô-men uốn

Một tiết diện có mô-men uốn phân bố đều theo chiều dài sẽ có khả năng chống oằn thấp hơn so với tiết diện có sự phân bố mô-men uốn khác.

Điều kiện liên kết ở đầu dầm

Khả năng chống oằn xoắn ngang của tiết diện dầm tăng lên khi các liên kết ở đầu dầm được giằng chặt hơn. Hãy xem xét một dầm đặt trên một tấm đế so với một dầm được đổ liền khối vào tường bê tông. Trường hợp sau có độ giằng lớn hơn ở các đầu dầm so với trường hợp trước. Một trường hợp có thể xoay tự do, còn trường hợp khác thì không.

Các lưu ý khi thiết kế

Việc cung cấp giằng ngang hiệu quả có thể giúp giảm đáng kể kích thước dầm. Có thể đạt được sự giằng hoàn toàn thông qua tác động liên hợp của bản sàn bê tông. Có thể đạt được sự giằng một phần bằng cách sử dụng các dầm trung gian.  Hệ giằng - với kích thước phù hợp và được đặt đúng vị trí - cũng có thể được sử dụng.

Điều này hoàn toàn hợp lý đối với thiết kế cấu kiện, nhưng điều gì sẽ xảy ra khi thiết kế liên kết?

Các phản lực thực tế vẫn không đổi bất kể có giằng chống oằn xoắn ngang hay không, nhưng cấu kiện có thêm độ cứng liên kết nhờ giằng này.  Nếu chúng ta bỏ qua điều này, thì thiết kế liên kết sẽ bị đánh giá quá cao.

Trong phiên bản mới của IDEA StatiCa (phiên bản 22.0), chúng tôi đã giới thiệu một thao tác mới – Giằng chống oằn xoắn ngang (Lateral Torsional Restraint) – để cho phép người dùng của chúng tôi tính đến yếu tố này nếu họ muốn.

Tìm hiểu thêm thông tin về tính năng Giằng chống oằn xoắn ngang. Thao tác này giúp tránh hiện tượng xoắn của cấu kiện tại liên kết và cho phép thiết kế kinh tế hơn trong khi vẫn duy trì được độ an toàn cần thiết.