Chuong 2 liên kết kết cấu thép đại học xây dựng

CHƯƠNG 2.LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 1 A.LIÊN KẾT HÀN B.LIÊN KẾT BULÔNG 2 Liên kt hàn: Đ: Đơn giản, tốn ít công chế tạo, giảm khối lượng kim loại, kinh tế, liên kết kín,… NĐ: Do ảnh hưở

Trang 1

CHƯƠNG 2.

LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

1

A.LIÊN KẾT HÀN

B.LIÊN KẾT BULÔNG

2

Liên kt hàn:

Đ: Đơn giản, tốn ít công chế tạo, giảm khối lượng kim loại, kinh tế, liên kết

kín,…

NĐ: Do ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong quá trình hàn nên dễ bị biến hình

hàn và ứng suất hàn; làm tăng tính giòn của vật liệu; Khó kiểm tra chất lượng đường hàn Khả năng chịu tải trọng động kém;

Liên kt bulông:

Đ: Không bị biến hình hàn; Chịu được tải trọng động tốt; thuận tiện khi lắp dựng và tháo lắp

NĐ: Liên kết phức tạp; Tốn vật liệu và công chế tạo hơn so với liên kết

hàn

Liên kt đinh tán: Phức tạp hơn liên kết bulông Chịu tải trọng động rất tốt

3

A LIÊN KẾT HÀN

§2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP

§

§2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN

§2.3 TÍNH TOÁN CÁC LIÊN KẾT HÀN

4

a Nguyên lý

Nguån

Hå quang

D©y dÉn

Kim lo¹i c¬ b¶n

®iÖn

D©y dÉn ®iÖn

Que hµn

Tay cÇm

Các thép cơ bản và thép lõi que hàn chảy lỏng và dính với nhau do lực hút điện từ Độ sâu nóng chảy của thép cơ bản khoảng 1,5 ~ 2 mm

Kim loại đường hàn là hỗn hợp của kim loại các thép cơ bản và kim loại lõi que hàn

Sử dụng nguồn điện 1 chiều để tạo hồ quang điện xuất hiện tại vị trí cần nối các thanh thép

cơ bản với que hàn

Máy hàn

ĐN: Hàn là quá trình dùng nguồn nhiệt để làm nóng chảy2 kim loại cần hàn cộng với một kim loại thứ 3 (kim loại que hàn) được bù vào; 3 kim loại này hoà lẫn vào nhau rồi cứng lại để tạo thành đường hàn

§2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KCT

1 Hàn hồ quang điện

2 Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động

3 Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

4 Hàn hơi

5 Các yêu cầu chính khi hàn và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Trang 2

b Các yu t nh hng

Khoảng cách giữa đầu que hàn và vị trí cần hàn:Khoảng cách được duy trì

không đổi => hồ quang điện ổn định

Nguồn điện:Nguồn điện ổn định => hồ quang ổn định

Cách li kim loại lỏng với không khí:Để kim loại lỏng không tiếp xúc với

không khí (tiếp xúc với O2 và N) => que hàn cần phải được bọc thuốc (chứa

khoảng 80% CaCO3 đối với hàn hồ quang điện bằng tay)

Lớp thuốc bọc que hàn cháy tạo thành xỉ nổi trên bề mặt để tránh thép lỏng

tiếp xúc với không khí

Chất lượng của lớp thuốc bọc que hàn:Lớp thuốc bọc que hàn chứa bột của

một số hợp kim như Mn, Ti,… Khi cháy sẽ hoà vào thép lỏng để làm tăng

chất lượng đường hàn (tăng độ bền của đường hàn)

Trình độ của người hàn:hàn bằng tay hay hàn bằng máy

a Nguyên lý

4 Hàn hơi

5 Các yêu cầu chính khi hàn và phương pháp

kiểm tra chất lượng đường hàn

6

c Que hàn (theo TCVN 3223-1994)

Chiều dài que hàn 200 ~ 450 mm ; đường kính lõi kim loại que hàn 1,6 ~ 6 mm; lớp thuốc bọc dầy 1 ~ 1,5 mm

Loại que hàn : được phân theo cường độ tức thời của kim loại đường hàn;

Ví dụ: N42 có cường độ kéo đứt tiêu chuẩn daN/cm2

Loại que hàn sử dụng phải phù hợp với mác của thép cơ bản:

- có độ bền kéo đứt tức thờicủa kim loại que hàn lớn hơn của thép cơ bản;

- có các tính chất cơ lýcủa kim loại que hàn và kim loại thép cơ bản là tương

tự nhau => giảm bớt khối lượng thép nóng chảy, giảm bớt ứng suất hàn và biến hình hàn

CCT34, CCT38, CCT42, CCT52 N42, N46 9Mn2, 14Mn2, 9Mn2Si, 10Mn2Si1 N46, N50

4100

=

wun f

b Các yu t nh hng

4 Hàn hơi

a Nguyên lý

7

Nguyên lý cơ bản giống như hàn bằng tay, chỉ khác :

- Sử dụng cuộn dây hàn không bọc thuốc, đường kính dây hàn 2 ~ 5 mm

- Phễu đựng thuốc hàn được gắn với máy hàn

- Thuốc hàn được rải trước thành lớp dầy trên rãnh hàn; dây hàn được nhả

tự động dần dần theo tốc độ di chuyển đều của máy hàn

Hå quang ch×m

D©y hµn

Thuèc hµn

PhÔu r¶i thuèc hµn

Thuèc hµn M¸y hµn D©y hµn trÇn èng hót thuèc hµn

Ray cố định máy hàn

4 Hàn hơi

ƯĐ:

- Do nguồn điện ổn định, khoảng cách giữa đầu que hàn và vị trí cần hàn luôn được duy trì không thay đổi, tốc độ hàn được duy trì ổn định => Hồ quang điện luôn ổn định

- Đưòng hàn luôn nằm sâu trong lớp thuốc bọc => kim loại nóng nguội từ từ, tạo điều kiện cho bọt khí thoát ra ngoài

⇒chất lượng đường hàn tốt hơn hàn bằng tay

NĐ:

- Chỉ thực hiện được cho các đường hàn thẳng hoặc tròn Không hàn được cho các đường hàn gấp khúc, đứng, ngược, ở vị trí chật hẹp,…

=> Khắc phục bằng cách hàn bán thủ công, máy hàn được kết hợp di chuyển bằng tay

4 Hàn hơi

a Nguyên lý

Trang 3

Lớp khí bảo vệ được phun ra trong khi hàn;

Kim loại lỏng được bảo vệ bởi môi trường khí, bị ngăn cản tiếp xúc với

không khí

Có 2 phương pháp hay được dùng:

- Phương pháp MIG (metal inert gas) : sử dụng khí trơ (như argon hay

helium); => sử dụng được cho mọi kim loại, nhưng giá thành cao

- Phương pháp MAG (metal active gas) : sử dụng khí cacbonic hoặc hỗn

hợp với khí trơ; => sử dụng cho các loại thép thông thường

4 Hàn hơi

10

Sử dụng mỏ hàn để tạo ra ngọn lửa axêtylen, là hỗn hợp cháy của khí oxy và axetylen Nhiệt độ nóng chảy có thể đến 3200oC

Chất lượng đường hàn kém

Thực hiện ở những nơi không có điện

Thường dùng để hàn những tấm kim loại mỏng, hoặc để cắt thép

4 Hàn hơi

11

c)

Đường hàn đối đầu dùng để

liên kết trực tiếp 2 cấu kiện

cùng nằm trong 1 mặt phẳng

Khi hàn, cần phải đảm bảo sự nóng chảy trên suốt bề dầy của bản thép

Khi bề dầy của các bản thép liên kết lớn, cần phải gia công đầu các bản thép

nối Qui cách gia công được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế

Đường hàn có thể thẳng góc hoặc xiên gócvới trục của cấu kiện

§

1 Đường hàn đối đầu

2 Đường hàn góc

3 Các loại đường hàn khác

12

Khi mm : không cần gia công đầu các bản nối;

(hàn trực tiếp)

mm : cần gia công 1 phía, dạng chữ V

mm : cần gia công 2 phía, dạng chữ K, X

mm : cần gia công dạng cốc

a

α

a

α

a

α

a

α

10

<

t

50

10 < t ≤

60

50< t≤

60

>

t

§

3 Các loại đường hàn khác b Gia công đu các bn thép ni

Trang 4

Đường lực không bị dồn ép, không bị uốn cong => Ứng suất tập trung nhỏ, đảm bảo truyền lực tốt

Đường hàn được coi như phần kéo dài của thép cơ bản

Đường hàn đối đầu bị phá hoại giống như thép cơ bản: bị kéo đứt, bị nén,

bị cắt tuỳ theo lực tác dụng

c S làm vic ca đng hàn đi đu

Đường truyền lực song song

§

Phụ thuộc vào vật liệu kim loại hàn (loại que hàn) và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Đường hàn đối đầu chịu nén tốt hơn chịu kéo và chịu cắt Cường độ tính toán (về kéo, nén, cắt) của đường hàn được xác định theo

cường độ tính toán của bản thép được liên kết f

d Cng đ tính toán ca đng hàn đi đu

Khi chịu nén: fwc= f

Khi chịu kéo: f wt =0,85f hoặc f wt =f

Khi chịu cắt: fwv = fv= 0 58 f

Ví dụ: thép CCT34 có: f wc = f =2100

1800 85 ,

f wt

1200

=

= v

wv f f

daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2

c S làm vic ca đng hàn đi đu

§

3 Các loại đường hàn khác b Gia công đu các bn thép ni

15

Đường hàn góc nằm ở góc vuông tạo bởi 2 cấu kiện cần hàn

Tiết diện của đường hàn thường có hình dạng là 1/4 tiết diện đường tròn (tam

giác vuông cân, hơi phồng ở giữa)

hf

a)

b)

t

§

3 Các cách khác để phân loại đường hàn

16

Cạnh của tam giác gọi là chiều cao đường hàn hf

Chiều cao đường hàn không quá cao và không được quá bé :

max

min max 1 t , 2

t

hfmax= 1 , 2

min

f

)

; min(1 2

h f

a)

b)

t

cho liên kết chồng

với t là chiều dày bản đứng cho liên kết hình chữ T

;

với hfmin được tra Bảng 2.3 phụ thuộc vào tmax và

phương pháp hàn

§

Trang 5

Tuỳ theo vị trí của đường hàn so với phương của lực tác dụng, chia ra:

b)

N

a)

N N

lw

l

Đường hàn góc cạnh: song song với phương của lực tác dụng

Đường hàn góc đầu: vuông góc với phương của lực tác dụng

Khi chịu tải trọng động, đường

hàn lõm hoặc đường hàn thoải

có thể được sử dụng, nhằm để

giảm ứng suất tập trung trong

đường hàn

1,5h

f

h

β

f

β

b)

f

h

f

Đường hàn thoải có cạnh lớn nằm dọc theo phương lực tác dụng

§

18

b S làm vic ca đng hàn góc (1/3)

N

B

N

Đường truyền lực trong liên kết thay đổi phức tạp, bị uốn cong, bị chèn ép, không đều nhau

Ứng suất pháp phân bố không đều theo chiều rộng của bản thép và có giá trị thay đổi giữa 2 mặt cắt A-A và B-B:

Dọc theo đường hàn, ứng suất tiếp phân bố không đều: có giá trị lớn nhất ở 2 đầu và nhỏ nhất ở giữa đường hàn

Để giảm bớt sự phân bố không đồng đều của ứng suất tiếp dọc theo đường hàn => Chiều dài đường hàn góc cạnh l không được dài quá

Chiều dài l cũng không được ngắn quá vì không thể truyền lực được, đường truyền lực bị gẫy khúc quá

1

2

1 2

§

19

Đối với đường hàn góc đầu, đường truyền lực phân bố đều theo bề rộng của

liên kết, nhưng bị uốn cong và dồn ép ở chân đường hàn (xem mặt cắt)

Đường hàn góc đầu và góc cạnh chịu lực không tốt bằng đường hàn đối đầu

Ch©n ®−êng hµn

N

Đường hàn

góc đầu:

Phân bố ứng suất Đường truyền lực

§

20

Đường hàn góc đầu và góc cạnh thực tế chịu cả ứng suất do cắt, uốn và kéo

Nhưng chịu cắt là chủ yếu

Trong tính toán, coi đường hàn góc (cả góc cạnh và góc đầu) chỉ chịu lực cắt qui ước và phá hoại do cắt (do trượt) theo một trong 2 tiết diệnsau:

f

a)

hs

h

b)

βfhf

N

Dọc theo kim loại đường hàn (Tit din 1-1) ; hoặc Dọc theo biên nóng chảy của thép cơ bản (Tit din 2-2).

Hệ số và tương ứng với 2 mặt cắt phá hoại 1-1 và 2-2 là các hệ số xét đến chiều sâu nóng chẩy của đường hàn => để xác định chiều cao tính toán của đường hàn

f

β

s

β

§

Trang 6

c Cường độ tính toán của đường hàn góc

Đường hàn góc cạnh và góc đầu có cường độ tính toán như nhau

f

hs

β

h

b)

βfhf

Đường hàn góc có thể bị phá hoại theo 2

tiết diện khác nhau, cắt qua 2 loại vật liệu

kim loại thép khác nhau (kim loại thép

đường hàn và kim loại thép cơ bản trên

biên nóng chảy)

Đi vi Tit din 1-1: cường độ chịu cắt tính toán của thép đường

hàn phụ thuộc vào vật liệu que hàn (tra Bảng 2.4)

Đi vi Tit din 2-2: cường độ chịu cắt tính toán của thép cơ bản

ở trên biên nóng chảy lấy bằng:

wf

f

u

f = 0 , 45

VD: Que hàn N42 có daN/cm2

Thép cơ bản CCT38 có = 1710 daN/cm2

1800

=

wf f

3800 45 ,

=

ws f

b Sự làm việc của đường hàn góc (3/3)

§

22

a) Theo công dng:

Đường hàn chịu lực

Đường hàn cấu tạo

b) Theo v trí trong không gian:

Đường hàn nằm (I)

Đường hàn đứng (II)

Đường hàn ngược (III): rất khó hàn, khi thiết kế cần tránh

Đường hàn ngang (IV)

II I

III

IV 0−

°

60−120°

12 18

§

23

c) Theo đa đim ch to:

Đường hàn trong nhà máy

Đường hàn ngoài công trường

d) Theo tính ch t liên tc ca đng hàn:

Đường hàn liên tục:

Đường hàn không liên tục

a

đối với cấu kiện chịu nén đối với cấu kiện chịu kéo

min

15t

§

24

Gia công đầu bản thép

§

1 Liên kết đối đầu

2 Liên kết ghép chồng

3 Liên kết có bản ghép

4 Liên kết hỗn hợp

5 Liên kết dùng đường hàn góc chịu M, V

Trang 7

a LK đi đu thng góc chu N (1/2)

N N

a)

σ

Tiết diện đường hàn đã biết:

t

hf =

b

l =

t l

lw = − 2

cần trừ đi mỗi đầu đường hàn 1

khoảng là t, do kể đến chất lượng

không tốt ở 2 đầu

Chiều cao:

Chiều dài tính toán (hiệu quả):

Tiết diện tính toán của đường hàn có dạng hình chữ nhật, kích thước lw xt Chiều dài thực tế cần hàn:

§

26

Các biểu thức kiểm tra bền:

c wt w w

l t

N A

N

γ

⋅

=

c wc w w

l t

N A

N

γ

⋅

=

Chịu lực kéo N:

Chịu lực nén N:

N N

a)

σ

Dưới tác dụng của lực dọc trục N, ứng suất pháp được coi phân bố đều trên tiết diện đường hàn

wt

f là cường độ chịu kéo tính toáncủa đường hàn đối đầu

là cường độ chịu nén tính toáncủa đường hàn đối đầu

wc

f

f fwt = 0 , 85

a LK đi đu thng góc chu N (2/2)

§

27

α

t

b)

w

l t

σ

Để tăng khả năng chịu lực của

đường hàn, cần tăng chiều dài

đường hàn lw (vì chiều cao

đường hàn hf = t không đổi)

t

b

sin  −











=

α

Sử dụng đường hàn xiên góc:

Lực dọc trục tác dụng vào đường hàn được phân thành 2 thành phần:

α

sin

⋅

N

α

cos

⋅

N

gây ứng suất pháp trên tiết diện đường hàn

gây ứng suất tiếp trên tiết diện đường hàn;

Hai thành phần lực này được kiểm tra riêng rẽ

a LK đi đu thng góc chu N

b LK đi đu xiên góc chu N (1/2)

§

28

Chịu lực kéo N.Sin α:

α

t

b)

w

l t

σ

c wt w

l t

N

γ α

⋅

= sin

c wv w

l t

N

γ α

⋅

Chịu lực cắt N.Cos α:

1 : 2

=

α

tg

α sin

⋅

N

α

cos

⋅

N

càng nhỏ thì :

α

càng giảm;

càng tăng

Cả 2 điều kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp phải đồng thời thoả mãn

Nên sử dụng:

fwv là cường độ tính toán chịu trượt của đường hàn đối đầu f wv=f v=0,58f

b LK đi đu xiên góc chu N (2/2)

§

Trang 8

M

a)

M M

V

b)

M

w

σ

τ

w

σ

w

c wt w

W

M

γ

c wt w

wt

σ = 2 + 3 2 ≤ 1 , 15 ⋅

2

6

w w wt

l t

M W

M

⋅

=

σ

w w l t

V

⋅

=

τ với

c LK đi đu chu M, V

Dưới tác dụng của mô men

M, coi ứng suất pháp phân

bố trên tiết diện đường hàn

có dạng hình tam giác

Dưới tác dụng lực cắt V, coi ứng suất tiếp phân bố đều trên tiết diện đường hàn

b LK đi đu xiên góc chu N

§

30

c wf w f f w

f l h

N A

N

γ β

⋅

=

∑

−

− 1 1

c ws w f s w

f l h

N A

N

γ β

⋅

=

∑

−

− 2 2

∑

∑l w = l−2×0,5cm

a LK ghép chng 2 bn thép chu N (1/3)

Dưới tác dụng của lực dọc trục N, đường hàn góc được tính toán theo ứng suất tiếp trung bình dọc theo đường hàn và trên toàn tiết diện đường hàn

Tiết diện 1-1: (theo vật liệu của đường hàn)

Tiết diện 2-2: (theo vật liệu của thép cơ

hs β

h

b)

βfhf

§

31

w

f

f l

h

N

γ

≤

với:

Các đường hàn trong liên kết đều phải

thoả mãn đồng thời cả 2 điều kiện bền

ứng với Tiết diện 1-1 và 2-2 :

∑

∑ lw = l − 2 × 0 , 5 cm là tổng chiều dài tính toán của các đường hàn góc

s

f β

β ; là các hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn ứng với Tiết

diện 1-1 và 2-2

Trường hợp hàn tay: βf = 0 , 7 và βs = 1

§

32

c w

f w

f h

N l

γ

β ⋅ ⋅

⋅

≥

∑

min

) (

Biểu thức xác định chiều dài cần thiết (tính toán) của các đường hàn:

min min h 1 t , 2

hf ≤ f ≤

f

mm

lw ≥ 40

f f

là chiều cao đường hàn, được chọn trước theo điều kiện cấu tao:

f

h

Chiều dài của từng đường hàn cần đảm bảo không được ngắn quá và không được dài quá (để đảm bảo chịu lực và đảm bảo giả thiết ứng suất phân bố đều trên tiết diện đường hàn):

cm l

§

Trang 9

b LK ghép chng bn thép – thép góc (1/3)

l

α

w2

l

w1

N

1

N

N 2

2

N >

Liên kết gồm 2 đường hàn:

đường hàn sống và đường

hàn mép

Trục của cấu kiện gần với

đường hàn sống: Khoảng

cách từ trục của thép góc đến

đường hàn sống là e1, đến

đường hàn mép là e2: e1< e2

Chiều cao đường hàn sống và mép có thể chọn khác nhau: hfsống> hfmép

Lực tác dụng vào đường hàn sống N1

Lực tác dụng vào đường hàn mép N2

a LK ghép chng 2 bn thép chu N

§

34

l

α

w2

l

w1

N

1

N

N 2

Trong tính toán xem lực tác dụng vào các đường hàn tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ trọng tâm đặt lực đến các đường hàn:

N k

N1= ⋅

N k

N2 = ( 1 − ) ⋅

2 1

2

e e

e k

+

=

với:

Loại thép góc Cách liên kết k 1 - k

Không đều cạnh, hàn theo cạnh ngắn

Không đều cạnh,

Trong thực hành tính toán,

để đơn giản k được tra bảng phụ thuộc vào loại thép góc

và cách bố trí chúng trong liên kết

§

35

c w f

w

f h

N l

γ

⋅

≥

∑

min 1

1 1

) (

c w f

w

f h

N l

γ

⋅

≥

∑

min 2

2 2

) (

Chiều dài cần thiết của các đường hàn sống:

Chiều dài cần thiết của các đường hàn mép:

l

α

w2

l

w1

N

1

N

N 2

Chiều cao đường hàn hf1

và hf2được chọn trước

§

36

C¾t v¸t

Liên kết có bản ghép là liên kết sử dụng bản ghép để truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện kia

ƯĐ: Không phải gia công mép các cấu kiện được nối Có thể liên kết các thép bản, các thép hình với nhau

NĐ: Tốn thép làm bản ghép, liên kết nặng nề

Bản ghép được liên kết với thép

cơ bản bằng đường hàn góc cạnh hay góc đầu, hoặc kết hợp cả 2 loại (liên kết hỗn hợp)

Chiều dài các đường hàn càng ngắn thì đường truyền lực trong liên kết càng

bị uốn cong, bị chèn ép nhiều, có sự tập trung ứng suất lớn

§

Trang 10

b C u to

1

>5t

b)

a)

d)

c)

10-20

50mm

Khe hở giữa 2 bản thép

Khoảng cách yêu cầu giữa 2 đường hàn để giảm biến hình hàn

§

38

c Tính toán liên kt chu lc trc N

t t1

1) Kiểm tra độ bền của các bản ghép:

A

∑

2) Kiểm tra điều kiện bền của các đường hàn góc theo 2 tiết diện 1-1 và 2-2:

c w w

f

f l

h

N

γ

≤

3) Tổng chiều dài cần thiết của các đường hàn ở 1 bên khe nối của bản ghép:

c w f w

f h

N l

γ

⋅

≥

∑

min ) (

Tại vị trí khe nối, bản ghép làm việc thay thế cho các bản thép được liên kết

Abg : là tổng diện tích tiết diện các bản ghép;

A : là diện tích tiết diện của cấu kiện thép cơ bản

b C u to

§

39

τ

M

V

τ

lw

200

150

(Tự đọc tài liệu)

Lực cắt = V Mômen = M + Vxe

e

§

40

B LIÊN KẾT BULÔNG

§

§2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG

VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MỘT BULÔNG

§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULÔNG

§2.8 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BULÔNG

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	1,44 MB