Cấu kiện cơ bản của kết cấu thép compatibility mode

Cấu kiện cơ bản của kết cấu thép compatibility mode Ưu điểm nhược điểm. Phạm vi sử dụng. Vật liệu thép dùng trong ngành xây dựng. Tính toán các cấu kiện cơ bản bằng thép định hình tiết diện nguyên Liên kết kết cấu thép.

CẤU KIỆN CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU THÉP

Ưu Ưu điểm điểm điểm nhược nhược nhược điểm điểm điểm Phạm Phạm Phạm vi vi vi sử sử sử dụng dụng

Vật Vật liệu liệu liệu thép thép thép dùng dùng dùng trong trong trong xây xây xây dựng dựng

Tính Tính toán toán toán các các các cấu cấu cấu kiện kiện kiện cơ cơ cơ bản bản bản bằng bằng bằng thép thép định

định hình hình hình tiết tiết tiết diện diện diện nguyên nguyên

Liên Liên kết kết kết kết kết kết cấu cấu cấu thép thép

Môn

Môn học học học :::: Kết Kết Kết cấu cấu cấu công công công trình trình Ngành :::: Kiến Kiến Kiến trúc trúc trúc Quy Quy Quy họach họach Thời

Thời lượng lượng lượng:::: 15 15 15 tiết tiết

Sách tham khảo chính

Sách tham khảo chính :

1) Cơ học và kết cấu công trình.

NXB XD - 1999

2) Sổ tay Kết cấu Công trình

Cầu thang bằng thép Nhà gửi xe

Một số ví dụ về kết cấu thép

 Cao 182m

 Tòa Tòa nhà nhà đẹp đẹ p nhất

nhất thế thế giới giới năm

năm 2008 2008

 Thiết Thiết kế kế: : nhóm

nhóm KTS KTS Norman Foster

Nhà cao tầng: HEARST TOWER MANHATTAN

Nhà triễn lãm bằng thép

Tháp truyền hình, cột điện, cột anten

Nhà triển lãm ở Hải Phòng

Nhà triển lãm thiên niên kỷ ở Anh

Nhà triển lãm ở Đức

Sân Noucamp mới

Mái không gian

Nhà triển lãm của BMW ở Đức

Khung nhà bằng kết cấu thép

Kết cấu thép sử dụng trong các công trình métro

Kết cấu thép sử dụng trong nhà công nghiệp

Kết cấu thép sử dụng trong dàn khoan dầu

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM & PHẠM VI SỬ

DỤNG KẾT CẤU THÉP

Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao  an toàn

(Vật liệu cường độ cao,đồng nhất, đẳng hướng, phù hợp với nhiều giả thiết tính tóan)

Trọng lượng bản thân kết cấu nhẹ nhất so với các kết cấu chịu lực khác ( BTCT, gạch đá, gỗ)

Đạt được trình độ công nghiệp hóa cao

Thời gian dựng lắp nhanh nhất

Có tính kín không thấm nước, khí  bể chứa

1 ƯU ĐIỂM

Bài 1

Dễ bị xâm thực, trong môi trường ẩm  thép bỉ gỉ

Chịu lửa kém, mặc dù thép không cháy

Khi t = 500 - 6000C  thép chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực kết cấu sụp đổ.

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM & PHẠM VI SỬ

DỤNG KẾT CẤU THÉP

2 NHƯỢC ĐIỂM

23

Kết cấu nhà công nghiệp

Kết cấu mái nhà nhịp lớn (nhà thi đấu, biểu diễn)

L = 30-40m : dùng KC thép là hợp lý;

L >100m  thép là kết cấu duy nhất áp dụng được

Kết cấu cầu đường bộ,cầu đường sắt (VD:Golden Gate)

Kết cấu tháp cao, tháp tải điện, cột ăng-ten

( KC thép nhẹ, dễ vận chuyển và dựng lắp)

Khung nhà cao tầng

Kết cấu bản vỏ (bể chứa dầu, khí)

Kết cấu di động (cần trục)

3 PHẠM VI SỬ DỤNG

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM & PHẠM VI SỬ

DỤNG KẾT CẤU THÉP

25

VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG

1 CÁC LỌAI THÉP

Thép và gang : đều là hợp chất của Fe và C Thép và gang :

Quặng sắt ( Fe2O3 , Fe3O4 ) → luyện trong lò cao → Gang →

Qua lò luyện thép để khử bớt C → Thép

Hàm lượng C > 1,7% → Gang

Hàm lượng C < 1,7% → Thép

Phân lọai theo thành phần hóa học của thép:

Thép than

C < 1,7%; không có các thành phần hợp kim khác.

XD dùng thép cacbon thấp (C≤0,22%)  mềm, dẻo, dễ hàn

Thép hợp kim

* thêm Cr, Mn, Ni, …  tăng độ bền và tính chống gỉ

*XD dùng thép hợp kim thấp (tỷ lệ các nguyên tố <5%)

Bài 2

VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG

2 SỐ HIỆU THÉP

Thép Cabon thấp cường độ thường : CT3

σc = 2200 ÷ 2500 kG/cm2 ; σb = 3700 ÷ 4200 kG/cm2

 Thép cường độ khá cao :

* là thép cacbon mang nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp

* σc = 2900 ÷ 3900 kG/cm2 ; σb = 4300 ÷ 5400 kG/cm2

* Dùng thép cường độ khá cao tiết kiệm vật liệu 20 ÷ 25%

 Thép cường độ cao :

* là thép hợp kim có nhiệt luyện

* σc ≥ 4400 kG/cm2 ; σb ≥ 5900 kG/cm2

* Dùng thép cường độ cao tiết kiệm vật liệu 25 ÷ 30%

3 QUY CÁCH THÉP DÙNG TRONG XD

Thép hình

Thép bản (thép tấm)

Thép hình dập nguội

VẬT LIỆU THÉP

3 QUY CÁCH THÉP DÙNG TRONG XD

3.1 Thép hình

Các tiết diện tổ hợp

Thép góc

Có 2 loại: đều cạnh (L20x3 L250x20)và không đều cạnh

(L25x16x3 L250x160x20)

Có 2 mép song song, dài 4-13m

PVSD : thanh chống, thanh dàn, TD ghép (T,I) làm dầm cột, liên kết dầm với cột, …

Thép chữ IIII Thép chữ

I10 I60 (cao 10 60 cm); dài 4-13m

Tiết diện phụ I18a I30a có cánh rộng và dày hơn

Có độ cứng theo phương x rất lớn so với phương y

PVSD: làm kết cấu chịu uốn phẳng như dầm, hoặc cột nhưng

TD ghép (cần tăng độ cứng phương y)

3.1 Thép hình

3 QUY CÁCH THÉP DÙNG TRONG XD

Thép chữ C

C5 I40 (cao 5 40 cm); dài 4-13m

Tiết diện phụ I14a I24a có cánh rộng hơn

3 mặt ngòai phẳng, cánh vươn rộng  ổn định theo phương y khá tốt, dễ liên kết với các cấu kiện khác

PVSD: ck uốn xiên như xà gồ, ghép thành tiết diện cột, dàn cầu

42

 Thép tấm phổ thông : dày δ = 4 ÷ 60mm, bốn cạnh phẳng, dễ sử dụng

 Thép tấm dày : δ =4 ÷ 160mm; có bề rộng lớn (600 ÷

3000mm) làm kết cấu bản

 Thép tấm mỏng: δ= 0.2 ÷ 4 mm dập thành thanh thành mỏng, lợp mái

Thép tấm được dùng rộng rãi:

o làm bản sàn, kết cấu chịu lực dạng tổ hợp.

o Ngoài ra còn có thép bản vân dùng làm sàn nhà công nghiệp, tấm bậc thang Thép tấm lượn sóng làm tấm lợp….

3 QUY CÁCH THÉP DÙNG TRONG XD

3.2 Thép bản (thép tấm)

3.3.Thép hình dập nguội

Thép hình dập nguội

Các tấm thép mỏng δ=2-16mm mang dập nguội mà thành thép góc, thép C, thép Z, tiết diện hộp…

PVSD ; vành mỏng nhẹ nhàng dùng cho kết cấu chịu lực

nhẹ nhưng yêu cầu độ cứng lớn

3 QUY CÁCH THÉP DÙNG TRONG XD

4 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA THÉP

4.1 Sự làm việc chịu kéo của thép

4.2 Các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép

Giới hạn tỉ lệ ( B) : σtl = 2000 (kG/cm2)

Giới hạn chảy ( C) : σc = 2400 (kG/cm2)

σc là giới hạn rất quan trọng để đánh giá KNCL của thép , là ứng suất làm việc lớn nhất không được vượt qua

Ở giai đọan củng cố, KC chưa bị phá họai, nhưng biến dạng quá mức  không sử dụng được nữa

Giới hạn bền :

Xác định vùng dự trữ an tòan giữa trạng thái làm việc và trạng thái phá họai

KC thép có một lượng dự trữ an tòan rất lớn, không bao giờ bị phá họai

ở trạng thái dẻo, chỉ có thể bị phá họai khi đã chuyển thành giòn

4 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA THÉP

Biến dạng khi đứt εεεε Biến dạng khi đứt 0000 :

Đặc trưng cho độ dẻo và độ dai của thép

Biến dạng khi làm việc đàn hồi : εc = 0,2% ; Biến

dạng khi đứt : εb = 22% , gấp 100 lần εc → an toà øøøn

Môđun đàn hồi E Môđun đàn hồi E : : : :

Trong giai đoạn đàn hồi E = tgα = 2,1x106 (kG/cm2)

4.2 Các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép

4 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA THÉP

Bài 3

TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN

(THÉP HÌNH TIẾT DIỆN NGUYÊN)

NHẮC LẠI:

Phương pháp tính toán kết cấu theo trạng thái giới

hạn.Hai nhóm trạng thái giới hạn.

Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán

Tải trọng và tác động

mR A

Ath _ diện tích tiết diện thực (đã trừ giảm yếu)

m _ hệ số điều kiện làm việc Bình thường m=1

( Tăng A khoảng 10÷15% nếu kể thêm sự giảm yếu )

TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN

1 KÉO ĐÚNG TÂM

Bài toán chọn tiết diện :

2 NÉN ĐÚNG TÂM

mR A

VD: cột, thanh cánh thượng của vì kèo mái

Điều kiện ổn định tổng thểĐiều kiện bền

toán tính độ cường

định ổn mất về hạn tới suất

ứng

=

ϕ

Bài toán chọn tiết diện:

mR

N A

ϕ

≥

Hệ số uốn dọc ϕ được tra bảng

từ độ mảnh λmax

TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN

NÉN ĐÚNG TÂM (tt)

o Các thanh bụng khác : λgh = 150

3 UỐN PHẲNG

TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN

mR W

QS

≤

=δ τ

gh

l

f l

* Dầm chính (f/l)gh = 1/400

* Dầm phụ (f/l)gh = 1/250

* Bản sàn (f/l)gh= 1/150

4 UỐN XIÊN

TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN

mR W

M W

2 2

qqqqxxxx = qsin= qsinααα  gây ra Mgây ra Myyyy và fxxxx

qqqqyyyy = qcos= qcosααα  gây ra Mgây ra Mxxxx và fyyyy

α

cos 8 8

2 2

ql l

q

M x = y = sin α

8 8

2 2

ql l

EJ

l

M f

EJ

l M f

2

48

5

=

Với dầm đơn giản

Với dầm đơn giản : Bài toán chọn tiết diện :Thép I : giả thiết Wx / Wy = 7 ÷ 10

Thép C : giả thiết Wx / Wy = 5 ÷ 8

mR

M W

W M

x x

caáu Taám

Hàn là liên kết phân tử; đốt nóng làm chảy hai mép thép cơ bảnkim lọai bị chảy  hòa lẫn vào nhau nguội  đường hàn

Ưu điểm:

Giảm công chế tạo và khối lượng kim loại

Hình thức cấu tạo liên kết đơn giản

Bền, có tính kín cao

Tiết diện không cần khoét lỗ nên không giảm yếu

Khuyết điểm

Khó kiểm tra chất lượng đường hàn bằng pp thông thường

Quá trình hàn gây biến hình hàn và ứng suất hàn trong liên kết

→ làm tăng tính giòn của vật liệu, KC dễ bị cong vênh

Không có tính dai, chịu tải trọng động kém

1 KHÁI NIỆM CHUNG

a Liên kết hàn

LIÊN KẾT Bài 4

1 KHÁI NIỆM CHUNG

b Liên kết đinh tán

LIÊN KẾT Bài 4

Nung đinh, gia công một đầu trước → ráp vào cấu kiện rồi

tán thân đinh thành đầu đinh thứ hai

Ưu điểm : Có tính dai, chịu được tải trọng động → dùng

để chế tạo dầm cầu trục nặng, cầu đường sắt, …

Khuyết điểm : giảm yếu do khóet lỗ; tốn vật liệu và công

chế tạo  hiện nay ít dùng

1 KHÁI NIỆM CHUNG

c Liên kết bulông

LIÊN KẾT Bài 4

Ưu điểm :

Thuận tiện khi tháo lắp ctrình tạm

không cần máy móc và năng lượng (nhiệt, điện)

khi thi công công trình trên cao

Chịu được tải trọng động

Khuyết điểm :

Giảm yếu do khoét lỗ

Với bulông thường: vẫn còn khe hở giữa lỗ

bulông và thân bulông nên liên kết không thật

chặt → dùng bulông cường độ cao

Dễ bị tuột ốc ( do vặn ecrou không chặt )

Tốn vật liệu và công chế tạo hơn so với LK hàn

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

a Các phương pháp hàn

HÀN HỒ QUANG ĐIỆN BẰNG TAY

* Dòng điện → hồ quang

điện giữa hai điện cực

(thép cơ bản & que hàn)

* Nhiệt độ cao của ngọn

lửa hồ quang (20000C)

→nóng chảy mép thép cơ

bản và que hàn → Kim loại

que hàn chảy thành từng

giọt rơi xuống rãnh hàn do

lực hút của điện trường

* 2 kim loại lỏng hòa lẫn

vào nhau → nguội →

đường hàn (liên kết phân

tử)

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

HÀN HỒ QUANG ĐIỆN BẰNG TAY

-Tác dụng của lớp thuốc bọc:

* Tạo lớp xỉ  cách ly không khí với kim lọai lỏng

•* Làm hồ quang ổn định

•* có một số hợp kim  tăng độ bền đường hàn

•- Que hàn : làm kim lọai bù & điện cực

-Que hàn: lõi kim lọai có lớp thuốc bọc dày 1÷1.5mm

-Thép than: dùng que hàn E42, E42A

-Thép hợp kim: dùng que hàn E50, E50A, E55

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

a Các phương pháp hàn

HÀN HỒ QUANG ĐIỆN TỰ ĐỘNG VÀ NỬA TỰ ĐỘNG

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

HÀN HỒ QUANG ĐIỆN TỰ ĐỘNG VÀ NỬA TỰ ĐỘNG

Rải trước thuốc hàn trên rãnh hàn

Dây hàn trần (không bọc thuốc) được tự động nhả dần theo tốc độ di chuyển đều của máy hàn.

Ưu điểm

Chất lượng đường hàn tốt

Tốc độ nhanh (gấp 5 – 10 lần hàn tay)

Không hại sức khỏe thợ hàn do hồ quang cháy chìm dưới

lớp thuốc

Nhược điểm :

Không hàn được : đường hàn đứng hoặc ngược, ơÛ vị trí chật hẹp, trên cao Đường hàn ngắn , gãy khúc , đường hàn tròn bán kính cong bé

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

HÀN HƠI ( HÀN GIÓ ĐÁ )

 Tốc độ hàn chậm (sử dụng khi mất điện)

 Hàn những tấm kim loại mỏng, để cắt thép

Hỗn hợp cháy

(32000C) nóng chảy kim lọai cần hàn và que hàn (kim lọai bù)

2 LIÊN KẾT HÀN

LIÊN KẾT Bài 4

b Các loại đường hàn

Phân loại theo cấu tạo

Phân loại theo cấu tạo::::

ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU VÀ ĐƯỜNG HÀN GÓC

ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU

-Thực hiện trên hai mép đầu của thép

cơ bản được đặt trên cùng một mặt

phẳng

-Chiều dày đường hàn= chiều dày thép

cơ bản

- Khe hở nhỏ giữa hai cấu kiện cần

hàn  các chi tiết hàn có thể biến

dạng tự do  tránh cong vênh.

ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU

Tốn công gia công mép.

Đặt khoảng cách mép cho đúng → cần tay nghề thợ (bậc 4)

2 LIÊN KẾT HÀN

ĐƯỜNG HÀN GÓC

Phân loại theo cấu tạo

Phân loại theo cấu tạo::::

ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU VÀ ĐƯỜNG HÀN GÓC

- Nằm ở góc vuông tạo bởi hai

cấu kiện cần hàn đặt chồng lên

nhau.

- Tiết diện đường hàn là một tam

giác vuông cân, hơi phồng ở gữa,

cạnh tam giác là chiều cao đường

Đường hàn góc cạnh Đường hàn góc đầu

hh min =4mm ≤ hh ≤ hh max =1,2δ

Ưu điểm

Thích hợp với đại đa số liên kết

Không cần gia công mép, dễ hàn, vị trí đặt không cần quá chính xác  cần thợ bậc1, 2

Nhược điểm :

Đường sức qua đường hàn thay đổi phức tạp hoặc bị uốn

cong  ứng suất phân bố không đều theo chiều rộng, chiều dài của thép cơ bản và dọc đường hàn dễ bị phá hoại

dòn→ chịu lực chấn động không cao

ĐƯỜNG HÀN GÓC

Phân loại theo cấu tạo

Phân loại theo cấu tạo::::

ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU VÀ ĐƯỜNG HÀN GÓC

2 LIÊN KẾT HÀN

b Các loại đường hàn

Các cách phân loại khác

-Theo côngcôngcông dụngdụngdụng : đường hàn chịu lực (truyền lực) và đường hànkhông chịu lực (cấu tạo)

-Theo vịvịvị trítrítrí đường hàn trong không gian: đường hàn nằm, đườnghàn ngang, đường hàn đứng, đường hàn ngược

-Theo tínhtínhtính liênliênliên tụctụctục của đường hàn : đường hàn liên tục, đườnghàn gián đọan

-Theo địa địa địa điểm điểm điểm chế tạo: đường hàn nhà máy

(công xưởng), đường hàn công trường

amax ≤ 15δmin : cấu kiện chịu nén

amax ≤ 30δmin : cấu kiện chịu kéo, bộ phận cấu tạo

2 LIÊN KẾT HÀN

c Cường độ tính toán của đường hàn

2 LIÊN KẾT HÀN

d Tính toán đường hàn đối đầu thẳng góc chịu lực dọc trục

h k h

k

h

k k

l

N F

h n h

n h

n n

l

N F

Kéo :

Nén :

δh= δ; lh = b −2δ

Bài

Bài tập tập tập:

Tính liên kết hàn đối đầu liên kết hai bản thép 250x12mm chịu lực kéo dọc trục bằng 45 T.

Thép CT3; que hàn E42, hàn tay không bản lót, phuơng pháp kiểm tra thông thường Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu bằng 0,95.

2 LIÊN KẾT HÀN

d Tính toán đường hàn góc chịu lực trục

Chiều dài thực tế của đường hàn

= Σlh+ 1cm

h g h

h

R l

h g h

h

R h

N l

7 , 0

suất tiếp trong

đường hàn góc

xem như phân

bố đều

2 LIÊN KẾT HÀN

d Tính toán đường hàn góc chịu lực trục

Bảng phân phối nội lực cho đường hàn sống (N1) và đường hàn mép (N2) khi liên kết thép góc và thép bản

3 LIÊN KẾT BULÔNG

Qui định về khoảng cách

Khoảng cách minKhoảng cách min: đảm bảo

độ bền của bản thép không

bị khoét lỗ quá nhiều và

không gian tối thiểu để vặn

êcu

Khoảng cách maxKhoảng cách max: Đảm bảo

ổn định của phần bản thép

giữa 2 bulông, Độ chặt của

liên kết, tránh không cho

bụi, hơi, nước lọt vào trong

gây ăn mòn thép

Liên kết chịu lực: bố trí theo k/c

min  liên kết gọn, đỡ tốn thép

3 LIEÂN KEÁT BULOÂNG

There are two modes of action in shear:

“Bearing type” action

Plates slip over each other in the direction of the force until the edges of the holes bear on the bolt BoltEdge of holebears on boltBearing

“Friction type” action (mainly for Grade 8.8/TF bolts)

A high strength bolt is tightened with sufficient force that the friction between the surfaces of the plates is large enough to resist the serviceability

Tension in bolt forcesFriction betweensurfaces resists slipplates together

75

Sự làm việc của bulông thường

và bulông cường độ cao