Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 2

Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 2

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT

v Liên kết là ghép (nối) các cấu kiện riêng lẻ thành kết cấu thép

v Các loại liên kết dùng trong KCT:

Liên kết đinh tán

Liên kết bu lông

Liên kết hàn

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN:

a Hàn tay hồ quang điện:

* Nguyên lý: Dùng nhiệt lượng

của hồ quang, nung nóng mép

2 tấm thép cơ bản đặt cạnh

nhau, khi nguội tạo thành

đường hàn

* Que hàn: gồm lõi thép +

lớp thuốc bọc

2 LIÊN KẾT HÀN

b Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động:

* Nguyên lý: Tương tự hàn

tay hồ quang điện

* Que hàn trần

* Thuốc hàn

* Chiều sâu rãnh hàn, tốc độ

di chuyển do máy điều khiển

* Chất lượng đường hàn tốt

* Hồ quang cháy dưới lớp thuốc hàn nên còn gọi là hàn hồ quang Chìm, ít ảnh hưởng đến sức khỏe của thợ hàn

2 LIÊN KẾT HÀN

c Hàn hơi (C2H2 + O2):

c Hàn hơi (C2H2 + O2):

- Hàn những tấm kim loại mỏng

- Cắt thép

2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN:

a Đường hàn đối đầu:

- Truyền lực tốt, không bị dồn

ép uốn cong, ứng suất tập trung nhỏ

- Khi chịu nén:

f wc = f

f wc = f

- Khi chịu kéo: - nếu kiểm tra đường hàn bằng phương pháp vật lý

f = f

f wt = f

- nếu kiểm tra bằng phương pháp thông thường:

fwt = 0.85f

fwt = 0.85f

- Khi chịu cắt: f wv = f v

b Đường hàn góc:

2 LIÊN KẾT HÀN

b Đường hàn góc:

- Hướng truyền lực thay đổi phức tạp, ứng suất tập trung lớn

- Sự phá hoại có thể xảy ra theo một trong hai tiết diện:

1 Dọc theo kim loại đường

hàn (cường độ tính toán f wf)

hàn (cường độ tính toán f wf)

2 Theo biên nóng chảy của thép cơ bản (cường độ tính

toán f ws = 0.45f u)

c Các loại đường hàn khác:

2 LIÊN KẾT HÀN

c Các loại đường hàn khác:

2.3 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN:

2 LIÊN KẾT HÀN

2.3 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN:

a Đường hàn đối đầu:

a1 Khi chịu lực trục:

* Đường hàn đối đầu thẳng:

f N

N

g

thẳng:

wt c w w

tl

sin

) (

sin

wc wt c w

tl

N

g

a

w

tl

N

g

a

* Đường hàn đối đầu xiên:

2 LIÊN KẾT HÀN

a2 Khi chịu M và Q:

wt c w

w

w

w W

M

=

s

w

w A

Q

=

t

w

b Đường hàn góc:

b1 Khi chịu lực trục:

Tiết diện 1 (theo vật liệu đường hàn)

wf

c f l

h

N

g

Tiết diện 1 (theo vật liệu đường hàn)

wf c w f

f h l

Tiết diện 2 (biên nóng chảy của

N

thép cơ bản)

ws c w f s

f l

h

N

g

N l

Chọn trước h f tính l w

f

w

f h

N l

g

2 LIÊN KẾT HÀN

h – chiều cao đường hàn

h f – chiều cao đường hàn

h fmin ≤ h f ≤ h fmax = 1.2t min

h min tra bảng phụ thuộc vào t max

l w chiều dài tính toán đường hàn

l w chiều dài tính toán đường hàn

l w = l w,thực tế – 1cm

f wf ,f ws – cường độ tính toán chịu cắt quy ước của kim loại đường

hàn và biên nóng chảy của thép cơ bản

β f , β s - hệ số chiều sâu nóng chảycủa đường hàn ứng với tiết diện

1 và 2

b2 Khi chịu M và Q:

Q

b2 Khi chịu M và Q:

Tiết diện 1 (theo vật liệu đường hàn)

wf c wf

wf

A

Q W

M

g

÷

÷ ø

ö ç

ç è

æ +

÷

÷ ø

ö ç

ç è

æ

=

2 2

M Tiết diện 2 (biên nóng chảy của thép cơ bản)

ws c ws

ws

A

Q W

M

g

ø

ö ç

ç è

æ +

÷

÷ ø

ö ç

ç è

æ

=

2 2

A

Q

g

A

Q

g

wf

Q A

ws

Q A

1

wf c wf

W

M

g

ws

W

M

g

2 LIÊN KẾT HÀN

b3 Liên kết thép góc với thép bản:

Lực tác dụng lên đường hàn sống:

N1 = kN Lực tác dụng lên đường hàn mép:

N2 = (1-k)N Chiều dài đường hàn sống:

( w) c

f

w

f h

N l

g

b min

1 1

N

Chiều dài đường hàn mép:

( w) c

f

w

f h

N l

g

b min

2 2

b4 Tính liên kết hàn hỗn hợp:

2 LIÊN KẾT HÀN

b4 Tính liên kết hàn hỗn hợp:

Ứng suất trong đường hàn đối đầu:

f

N

g

Ứng suất trong đường hàn đối đầu:

)

(c

wt c bg

A A

N

g

+

=

å

Lực tác dụng lên bản nối:

bg w

bg A

N =s

N

Chiều dài dường hàn góc:

( w) f c

bg w

h f

N l

g

=

å

3.1 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI BU LÔNG:

a Cấu tạo:

b Phân loại bu lông

Bu lông thô và bu lông thường

Bu lông tinh

Bu lông cường độ cao

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

b1 Bu lông thô và bu lông thường

- Làm từ thép cacbon bằng phương pháp rèn hoặc dập

- dlỗ = d + (2 ~ 3mm)

- Lỗ được đột hoặc khoan từng bản riêng rẽ, độ chính xác không cao (lỗ loại C)

b2 Bu lông tinh

- Làm từ thép cacbon, thép hợp kim thấp bằng cách tiện

- dlỗ ≤ d + 0.3mm

- Lỗ được khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng theo khuôn mẫu đến đường kính thiết kế, độ chính xác cao (lỗ loại B)

b3 Bu lông cường độ cao

- Làm từ thép hợp kim, sau đó gia công nhiệt

- Sản xuất tương tự bu lông thường, nhưng làm từ thép cường độ cao nên có thể vặn êcu rất chặt

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

3.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA BU LÔNG:

Do vặn êcu, bu lông chịu kéo, các bản thép bị xiết chặt, lực ma sát được tạo ra giữa các mặt tiếp xúc của các bản thép

Giai đoạn 1: ngoại lực bé hơn lực

ma sát, các bản thép chưa bị trượt,

bu lông chưa tham gia chịu lực

Giai đoạn 2: ngoại lực bắt đầu lớn

hơn lực ma sát, các bản thép trượt tương đối với nhau, thân bu lông tì sát thành lỗ

Giai đoạn 3: lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu bằng sự ép

của thân bu lông lên thành lỗ, bu lông chịu kéo, cắt và uốn

Giai đoạn 4: lực trượt tăng, liên kết

yếu dần, lực ma sát yếu đi Liên kết chuyển sang làm viêc trong giai đoạn dẻo

Liên kết có thể bị phá hoại do:

- thân bu lông bị cắt (phá hoại cắt)

- hoặc thép bị bu lông xé rách (phá hoại ép mặt)

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

3.3 KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MỘT BU LÔNG:

a Khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

vb v b

N

γbb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông

A – diện tích của thân bu lông phần không bị ren

d – đường kính thân bu lông phần không bị ren

n v – số mặt cắt qua thân bu lông

2

d

p

f vb – cường độ tính toán chịu cắt của bu lông

4

2

d

=

b Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông:

[ ] N = g d å t f

γ - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông

[ ] N cb bd t fcb

min

å

= g

γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông

d – đường kính thân bu lông phần không bị ren

Σtmin – tổng chiều dày các bản thép cùng trượt về một phía, lấy

phía có tổng chiều dày bé nhất

f cb – cường độ tính toán chịu ép mặt của bu lông

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

c Khả năng chịu kéo của 1 bu lông:

[ ] N = A f

[ ] N tb = Abn ftb

A – diện tích của thân bu lông phần bị ren

A bn – diện tích của thân bu lông phần bị ren

d o – đường kính thân bu lông phần không bị ren

f tb – cường độ tính toán chịu kéo của bu lông

4

2

o bn

d

= 4

d Khả năng chịu trượt của 1 bu lông cường độ cao:

[ ]N = f A çæ m ÷ön

g

f – cường độ tính toán chịu kéo của bu lông cường độ cao

b b bn hb

ø

ö ç

ç è

æ

=

2

1 g

m g

f hb – cường độ tính toán chịu kéo của bu lông cường độ cao

f hb = 0.7f ub

f hb = 0.7f ub

γ b1 – hệ số điều kiện làm viêc của liên kết bu lông

γ = 0.8 nếu n < 5

γ b1 = 0.8 nếu n < 5

γb1 = 0.9 nếu 5 ≤ n < 10

γb1 = 1.0 nếu n ≥ 10

γ – hệ số tin cậy

γb2 – hệ số tin cậy

n f – số mặt ma sát

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

3.4 HÌNH THỨC LIÊN KẾT – BỐ TRÍ BU LÔNG Hình thức liên kết:

Liên kết đối đầu

Liên kết ghép chồng

Bố trí bu lông:

Bố trí song song

Bố trí so le

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

3.5 TÍNH LIÊN KẾT BU LÔNG

a Khi chịu lực trục:

- Chọn hình thức liên kết

- Chọn đường kính bu lông

- Tính khả năng chịu lực của 1 bu

lông [N] , [N] → [N]

lông [N]cb, [N]vb → [N]minb

- Tính số bu lông cần thiết:

[ ]N

N

n ³

[ ]N minb

- Bố trí bu lông

- Kiểm tra khả năng chịu lực của thép cơ bản

b Khi chịu M và Q:

- Chọn hình thức liên kết

- Chọn số bu lông n

- Bố trí bu lông

- Xác định tâm xoay O

- Lực cắt tác dụng lên một bu lông:

Q n

Q

V =

n n i

i i

i l N l N l N l N l N

Mặt khác:

i

h

N N

1

1

=

3 LIÊN KẾT BU LÔNG

n

l l

l l

N m

M = 12 + 22 + + 2 + +

1 1

1

Ml N

m l

=

å

- Lực tác dụng lên 1 bu lông xa tâm xoay nhất:

i

mål

- Lực tác dụng lên 1 bu lông xa tâm xoay nhất:

2 1

2

- Điều kiện chịu cắt: Rmax ≤ [N]vb

- Điều kiện chịu ép mặt: Rmax ≤ [N]cb