Oằn xoắn ngang

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

Oằn xoắn ngang (LTB) là hiện tượng biến dạng của dầm không được giằng do tải trọng tác dụng gây ra chuyển vị ra ngoài trục dọc của nó – bao gồm cả chuyển vị ngang và xoắn.

Dầm thép không được giằng là dầm có cánh chịu nén tự do di chuyển (hoặc chuyển vị) theo phương ngang và cũng có thể xoay. Nếu áp dụng lý thuyết này cho một dầm đơn giản thì cánh chịu nén là cánh trên. Khi cánh này chuyển vị theo phương ngang, cánh chịu kéo cố gắng giữ cho dầm thẳng và tạo ra các lực ‘phục hồi’ do uốn ngang của dầm. Tuy nhiên, chỉ riêng các lực này không thể giữ cho 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 cánh chịu kéo.

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

Để xem cách phá hoại do LTB lan truyền như thế nào, hãy xem video này.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến LTB?

Có ba yếu tố chính:

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

Vị trí đặt tải trọng

Ảnh hưởng của LTB được chi phối bởi 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 đặt phía trên tâm cắt.  Ảnh hưởng sẽ ít hơn nếu tải trọng đặt dọc theo tâm cắt và nếu đặt phía dưới thì dầm ít có khả năng bị oằn xoắn ngang.

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

Sự phân bố mô-men uốn

Một tiết diện chịu mô-men uốn đều dọc theo chiều dài của nó có khả năng chống oằn thấp hơn so với trường hợp phân bố mô-men uốn khác.

Điều kiện liên kết đầu dầm

Khả năng chống oằn xoắn ngang của tiết diện dầm tăng lên khi các liên kết đầu dầm được ngàm chặt hơn. Hãy xem xét một dầm đặt trên gối kê so với dầm được đúc liền khối vào tường bê tông. Trường hợp sau có độ ngàm tại các đầu dầm lớn hơn so với trường hợp trước. Một trường hợp có thể tự do xoay còn trường hợp kia thì không.

Các lưu ý khi thiết kế

Việc cung cấp giằng ngang hiệu quả có thể mang lại lợi ích đáng kể về kích thước dầm. Có thể đạt được giằng hoàn toàn nhờ tác động liên hợp của sàn bê tông. Có thể đạt được giằng một phần bằng cách sử dụng các dầm trung gian.  Cũng có thể sử dụng hệ giằng - có kích thước phù hợp và được bố trí hợp lý.

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 giữ nguyên bất kể có giằng chống oằn xoắn ngang hay không, nhưng cấu kiện có thêm độ ngàm nhờ giằng này.  Nếu bỏ qua điều này, thì thiết kế liên kết sẽ bị đánh giá quá mức.

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 xem xét yếu tố này nếu họ muốn.

Tìm hiểu thêm thông tin về tính năng Giằng chống oằn xoắn ngang (Lateral Torsional Restraint). Thao tác này giúp tránh hiện tượng xoắn của cấu kiện trong liên kết và cho phép thiết kế kinh tế hơn trong khi vẫn đảm bảo độ an toàn cần thiết.