Bài giảng kết cấu thép chương 2 liên kết

Liên kết bulông chịu lực không tốt bằng liên kết đinh tán, riêng bulông cường độ cao có khả năng chịu lực như đinh tán Chịu lực tốt và có độ dai lớn hơn liên kết hàn, dễ đảm bảo chất lượ

Trang 1

PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 1

§1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG

1 Liên kết hàn

Ưu điểm:

Chế tạo nhanh, tiết kiệm vật liệu (vì không phải đục lỗ, tôn mủ đinh, tốn thép làm bản ghép, v v ), có khả năng tạo dáng phong phú, đảm bảo tín kín của vật liệu (không thấm nước và thấm khí , )

Nhược điểm:

Trong quá trình hàn thường xảy ra biến hình hàn vàứng suất hàn làm thép dòn hơn, khả năng chịu lực động, lực xung kích kém Việc kiểm tra chất lượng khó khăn

Liên kết bulông chịu lực không tốt bằng liên kết đinh tán, riêng bulông cường độ cao có khả năng chịu lực như đinh tán

Chịu lực tốt và có độ dai lớn hơn liên kết hàn, dễ đảm bảo chất

lượng nên trước đây được dùng nhiều trong các kết cấu chịu lực

động, nhà có cần trục nặng, cầu thép và các kim loại khó hàn

Tốn rất nhiều công chế tạo, tốn kim loại và năng lượng (nung

nóng để tán đinh) nên ngày nay hầu như không dùng nữa

Trang 2

CHƯƠNG II : LIÊN KẾT

§2 LIÊN KẾT HÀN

2.1 Các phương pháp hàn trong kết cấu thép

+ Hàn hồ quang điện bằng tay + Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động + Hàn hơi

+ Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

a Hàn hồ quang điện bằng tay

Nguyên lý:

Hồ quang Que hàn

Kim loại cần hàn Dây dẫn

Nguồn điện U = 15÷60V

I = 200÷500A

Dây dẫn mềm Tay cầm

Bản chất đường hàn là sự liên kết giữa các phần tử kim loại bị

nóng chảy Đường hàn có thể chịu lực tương đương thép cơ bản

Trang 3

Để que hàn chạm nhẹ vào kim loại, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn,

nóng lên, kim loại chảy ra Nhấc que hàn cao 2÷3 mm, kim loại

chảy ra thành máng chảy, kim loại que hàn chảy ra từng giọt rơi

xuống do lực hút tĩnh điện (lực hút điện trường và áp lực hơi từ

Que hàn) Máng chảy sâu khoảng 1,5÷2 mm

thuốc hàn 1÷1,5mm kim loại

Cấu tạo que hàn:

Trong là lõi kim loại, ngoài bọc thuốc hàn dày 1÷1,5mmthuốc hàn gồm 80% CaCO3 và bột các hợp kim

Cách chọn que hàn:

Que hàn được phân theo giới hạn bền của kim loại đường hàn

Vì vậy chọn que hàn sao cho độ bền của đường hàn và kim loại xấp xỉ nhau

Cách chọn que hàn:

N46; N5009Mn2; 14Mn2; 09Mn2Si;

10Mn2Si1

N42; N46CCT34; CCT38; CCT42; CCT52

TCVN 3223 : 1994

Loại que hàn có thuốc bọc Mác thép

Trang 4

b Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động

máy hàn

ống hút thuốc hàn

phểu rải thuốc hàn

- Không có lửa, hơi độc

b Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động

Nhược điểm:

- Chỉ đùng được cho đường hàn thẳng và liên tục

- Đối với các đường hàn cong, ngắn dùng hàn bán tự động

- Hiện nay phương pháp hàn nửa tự động với que hàn rỗng

(d < 3mm) có nhồi thuốc ở trong dùng khá phổ biến

c Hàn hơi:

- Đốt cháy C2H2trong O2làm totới 3200olàm nóng chảy

kim loại cần hàn và thanh kim loại phụ (thay que hàn để

lấp đầy rảnh hàn) kim loại nguội đi tạo nên đường hàn

- Năng suất thấp, chủ yếu được dùng để sửa chữa, hàn tấm

mỏng và cắt thép

Trang 5

2.2 Các yêu cầu khi hàn và phương pháp kiểm tra

chất lượng đường hàn a.Yêu cầu chính khi hàn:

- Làm sạch gỉ trên mặt rãnh hàn

- Cường độ dòng điện phải thích hợp

- Đảm bảo các quy định về gia công mép bản thép

- Chọn que hàn phù hợp

b Phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

- Kiểm tra bằng mắt thường

- Dùng phương pháp vật lý để kiểm tra:

điện tử, quang tuyến, siêu âm…

2 t

1÷2

δ ≤ 8

55 o

δ =10÷50 22

55 o

δ =12÷60

2

2.3 Các loại đường hàn và cường độ tính toán

Các dạng gia công mép bản thép khi hàn

a Đường hàn đối đầu.

Đường hàn đối đầu truyền lực tốt, đường lực đều, ứng suất

tập trung nhỏ, khi chịu lực thì ứng suất được phân bố đều

trên suốt chiều dài đường hàn tạo nên ứng suất kéo ở trong

đường hàn cũng giống như sự phân bố ứng suất trong thép cơ bản

Sự làm việc và cường độ tính toán.

Trang 6

đối

đầu

Cường độ tính toán Ký

hiệu Trạng thái làm việc

Dạng

liên

kết

Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu phụ thuộc vào

vật liệu que hàn và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Qui định về chiều cao h f như sau:

- Để tránh ứng suất tập trung quá lớn hf≤ 1,2 tmin Trong đó tmin là

chiều dày bản thép mỏng nhất trong các bản thép được liên kết

- Để tránh hàn non, không đều, không sâu hf≥ hhmin; hhmin

phụ thuộc vào chiều dầy tmaxcủa bản thép dầy nhất

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

- Đường hàn góc cạnh : song song với phương của lực

- Đường hàn góc đầu : vuông góc với phương của lực

b Đường hàn góc:

N N N

N

N N

Đường hàn góc cạnh Đường hàn góc đầu

Trang 7

A

A B

- Khi truyền lực, ứng suất phân bố không đều theo chiều rộng,

chiều dài của bản thép cũng như dọc theo đường hàn

- Hai mút của đường hàn chịu ứng suất tiếp lớn nhất τmax

Để giảm bớt sự phân bố ứng suất không đều của ứng suất không nên dùng đường hàn quá dài

Đường hàn góc cạnh:

Thực chất đường hàn góc chịu cả uốn và cắt nhưng trong tính toán

coi như chúng chỉ chịu cắt và phá hoại theo 1 trong 2 tiết diện

+ Tiết diện 1: dọc theo kim loại đường hàn ứng với chiều cao tính

toán βf h f

+ Tiết diện 2: dọc biên nóng chảy của thép cơ bản ứng với chiều

cao tính toán βs h f

βf , βs: Hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn ứng với tiết

diện 1 và 2, phụ thuộc vào phương pháp và vị trí của đường hàn

trong không gian (Ví dụ: βf = 0,7 vàβs = 1)

Trang 8

Đường hàn góc đầu:

* Sự làm việc của đường hàn góc:

Đường hàn làm việc chịu cả cắt, kéo, uốn Trong tính toán coi như

chỉ chịu cắt qui ước và bị phá hoại theo tiết diện 1 và 2 giống đường

hàn góc cạnh

* Cường độ tính toán của đường hàn góc:

- Ứng với tiết diện 1 là cường độ tính toán chịu cắt của thép

đường hàn f wf

- Ứng với tiết diện 2 là cường độ tính toán của thép cơ bản trên

biên nóng chảy của nó với đường hàn f wt

Giá trị f wf phụ thuộc vào vật lịêu que hàn

* Cường độ tính toán của đường hàn góc:

2150 4900

N50, N50 – 6B

2000 4500

N46, N46 – 6B

1800 4100

Giá trị f ws = 0,45 f u với f ulà cường độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản

2.4 Các cách phân loại khác của đường hàn

1 Đường hàn chịu lực và đường hàn cấu tạo

0÷60 o

60÷120 o

ngược

đứng (2) nằm

120÷180 o

2 Theo vị trí không gian: đường hàn nằm, đường hàn đứng,

đường hàn ngang và đường hàn ngược Theo thứ tự đường hàn

nằm dễ hàn nhất, đường hàn ngược khó hàn nhất và không nên

dùng loại đường hàn này

Trang 9

2.4 Các cách phân loại khác của đường hàn

3 Theo tính liên tục có đường hàn liên tục và đường hàn

2.5 Các loại liên kết hàn và phương pháp tính toán

a Liên kết đối đầu dùng đường hàn đối đầu:

l

N A

A w = t.l w- diện tích tính toán của đường hàn đối đầu

t - bề dày tính toán của đường hàn, t = t tcb = min(t tcb1 và t tcb2)

l w - chiều dài tính toán của đường hàn l w = b – 2t

b- chiều dài thực tế của đường hàn, chính là chiều rộng thép cơ bản.

γc- hệ số điều kiện làm việc

f wt - Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo

(chịu nén: f wc)

c wt w w

l

N A

N

γ

Trang 10

l

M W

.6

6

.2

w w l

).(

62

w w w

l

M

W M =

=σ

)

( t l

V A V w w

τ

c wt w w

A

N W

Trang 11

t b

sin

=α

Đoạn chồng lên nhau: a ≥ 5.t min

Liên kết ghép chồng thường dùng để nối các thép bản có chiều dày

nhỏ t = 2÷5mm hoặc để liên kết thép hình vào thép bản

Tiết diện 1: kiểm tra theo

vật liệu đường hàn, với

diện tích tính toán của đường

hàn làβf h f ∑l wvà cường độ

tính toán chịu cắt quy ước của

thép đường hàn là f wf

c wf w f f

f l h

Trang 12

Kiểm tra bền của đường hàn góc:

b Liên kết ghép chồng dùng đường hàn góc.

Tiết diện 2: kiểm tra theo vật liệu thép trên biên nóng chảy, với

diện tích tính toán của đường hàn làβs h f ∑l wvà cường độ

tính toán chịu cắt quy ước của thép trên biên nóng chảy là f ws

c ws w f s

f l h

h f - Chiều cao đường hàn

∑l w- Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn

l w - Chiều dài tính toán của mỗi đuờng hàn, bằng chiều dài thực

tế trừ đi 10 mm kể đến chất lượng không tốt ở đầu và cuối đường hàn

βf, βs- Hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn ứng với tiết diện

1 và 2 Giá trị phụ thuộc phương pháp hàn và vị trí đường hàn trong

không gian

Khi hàn tay, vị trí bất kỳ : βf = 0,7; βs = 1

Kiểm tra bền của đường hàn góc:

b Liên kết ghép chồng dùng đường hàn góc.

Trong hai tiết diện trên tiết diện có (β.f w ) min = min(βf f wf ; βs f ws ),

là tiết diện có khả năng chịu lực yếu hơn Khi kiểm tra bền của

đường hàn chỉ cần kiểm tra tại tiết diện này

Khi chịu lực trục N:

c w w f

f l h

N ≤ (β ) minγ

∑

Khi chịu mômen M:

c w f

f W M

γ β

l h W

Khi chịu lực cắt V:

c w w f

f l h

V ≤ (β ) min γ

∑

Trang 13

M

( w) c w

w f

l h V W M

γ β

σ ( ) 2 ( ) 2 ≤ min

∑ +

=

Đường hàn được kiểm tra theo ứng suất tương đương:

N N

N

10÷20

N

N N

50

N N

Đường hàn góc trong liên kết có bản ghép được kiểm tra bền giống

liên kết ghép chồng dùng đường hàn góc

Trang 14

Tính toán liên kết hàn có bản ghép chịu lực trục

* Kiểm tra độ bền của các bản ghép, yêu cầu:

A

A bg≥

∑

Với Abg- tổng diện tích các bản ghép

A - diện tích tiết diện cấu kiện cơ bản

* Kiểm tra độ bền các đường hàn góc, như trên

d Liên kết hỗn hợp dùng đường hàn đối đầu và đường hàn góc

Cấu tạo:

Là liên kết đối đầu dùng đường hàn đối đầu có thêm bản ghép với

các đường hàn góc Bản ghép có tác dụng tăng cường cho đường

hàn đối đầu khi nó không đủ chịu lực

N N

Kiểm tra bền của đường hàn đối đầu và đường hàn góc:

* Đường hàn đối đầu được kiểm tra với giả thiết đường hàn đối đầu

và bản ghép cùng chịu tác dụng của ngoại lực

* Đường hàn góc được kiểm tra với lực bằng lực tác dụng vào liên

kết trừ đi phần lực do đường hàn đối đầu chịu

Trang 15

e Trình tự giải các bài toán liên kết hàn:

1 Bài toán kiểm tra khả năng chịu lực của liên kết:

Kiểm tra khả năng chịu lực của thép cơ bản:

Kiểm tra khả năng chịu lực của bản ghép: ∑A bg ≥ A

Kiểm tra khả năng chịu lực của đường hàn

Khi liên kết thanh không đối xứng

2 Bài toán thiết kế liên kết:

Kiểm tra khả năng chịu lực của thép cơ bản:

Thiết kế bản ghép: Chọn A bg = b bg t bg chọn từ điều kiện ∑A bg ≥ A

Thiết kế đường hàn:

1 Bài toán kiểm tra khả năng chịu lực của liên kết:

2 Bài toán thiết kế liên kết:

Chọn chiều cao đường hàn, dựa vào điều kiện bền của đường hàn

để tính toán chiều dài của đường hàn hoặc ngược lại

Chiều dài tính toán của đường hàn lw cần thỏa mãn các yêu cầu sau :

* Chiều dài tối thiểu l w ≥ 4h f và l w ≥ 40 mm.

* Riêng với đường hàn góc cạnh l w ≤ 85βf h f

3 Bài toán tính khả năng chịu lực của liên kết:

- Tính khả năng chịu lực của thép cơ bản

- Tính khả năng chịu lực của bản ghép

- Tính khả năng chịu lực của đường hàn

- Khả năng chịu lực của liên kết là giá trị nhỏ nhất trong

ba khả năng trên

Trang 16

2.6 Ứng suất hàn và biến hình hàn

a Sự phát sinh biến hình hàn và ứng suất hàn:

- Khi hàn xong do ảnh hưởng của nhiệt độ cấu kiện thường bị cong

vênh gọi là biến hình hàn Đồng thời thép cơ bản và đường hàn nảy

sinh nội ứng suất gọi là ứng suất hàn hay biến hình hàn ứng suất

này không do tải trọng ngòai gây ra

- Để thấy rõ quá trình hình thành ứng suất hàn xét 1 thanh ngàm 2

đầu khi đốt nóng thanh từ t 1 đến t 2 thanh dãn thêm 1 đọan ∆l :

Do thanh bị giữ không dài ra được nên chịu nén với ứng suất :

σ = Eε = E∆l/l = Eα∆t.

a Sự phát sinh biến hình hàn và ứng suất hàn:

- Khi to≤ 600o; σ < 2400 vật liệu làm việc trong giai đọan đàn hồi,

khi nguội ứng suất sẽ mất đi

- Khi to> 600o: ứng suất đạt tới giới hạn chảy Thanh có biến dạng

nén còn dư Cho thanh nguội đi sẽ co ngắn lại, do bị giữ hai đầu

nên thanh sẽ bị kéo

b Các biện pháp làm giảm ứng suất hàn và biến hình hàn:

Biện pháp cấu tạo:

- Nên giảm số lượng đường hàn đến mức tối đa

- Không nên dùng đường hàn quá dày (h f lớn) vì biến dạng tỷ lệ thuận

với khối lượng thép nóng chảy

- Tránh tập trung đường hàn 1 chỗ, tránh đường hàn kín hoặc cắt nhau

làm cản trở biến dạng tự do khi hàn

Trang 17

§2 LIÍN KẾT HĂN

b Câc biện phâp lăm giảm ứng suất hăn vă biến hình hăn:

Biện phâp thi công:

- Chọn trình tự hăn hợp lý

- Tạo biến dạng ngược trước khi hăn, hăn xong sẽ thẳng

- Dùng khuôn cố định không cho kết cấu biến dạng khi hăn

- Trong câc kết cấu tạm cần thâo lắp nhanh

- Trong câc kết cấu chịu lực động lực xung kích

b Cấu tạo chung của một bulông:

- Thđn bulông lă 1 đoạn thĩp tròn có d = 12 ÷ 48mm (bulông móng

d ≤ 100mm), phần có ren lo = 2,5d ; chiều dăi l = 35 ÷ 300 mm

tùy theo yíu cầu sử dụng

- Mũ vă đai ốc thường có dạng hình lục giâc, kích thước như nhau

- Long đen (đệm) dùng để phđn phối âp lực ĩp mặt của ícu lín mặt

h = 0,6d

Hình 2.23 Cấu tạo của một bulông

3.1 Câc loại bulông dùng trong kết cấu thĩp

b Cấu tạo chung của một bulông:

Trang 18

Bulông cường độ cao :

3.1 Các loại bulông dùng trong kết cấu thép

§3 LIÊN KẾT BULÔNG

3.2 Sự làm việc của liên kết bulông & khả năng chịu lực của chúng

a Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông thô, thường và tinh:

- Bulông chống lại sự trượt của các bản thép

- Khi lực tác dụng vào bulông vuông góc với thân bulông ta gọi

bulông chịu trượt

§3 LIÊN KẾT BULÔNG

Khả năng làm việc chịu cắt của bulông:

a Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông thô, thường và tinh:

Khả năng chịu cắt của 1 bulông được tính theo công thức sau:

[N] vb = f vb γb. A.n v

f vb- Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu làm bulông

γb- Hệ số điều kiện làm việc của bulông

A- Diện tích tiết diện ngang của thân bulông A =

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	494,61 KB