Bài 1: Tính duyệt thanh chịu kéo có liên kết bulông ở đầu thanh như hình vẽ dưới đây (coi liên kết ở đầu thanh đã đủ chịu lực). Biết lực kéo tính toán tác dụng ở trạng thái giới hạn cường độ là Pu = 1000 kN, bulong có đường kính 22 mm, thép thanh dùng loại A709M cấp 345. Bài 2: Tính duyệt thanh chịu kéo có liên kết bulong ở đầu thanh như hình vẽ dưới đây (coi liên kết ở đầu thanh đã đủ chịu lực). Biết lực kéo tính toán tác dụng ở trạng thái giới hạn cường độ là Pu = 400 kN, bulong có đường kính 19 mm, thép thanh dùng loại A709M cấp 250.
Trang 1100 6 9
* 24
* 2 3790
*
* 4
mm t
g
S t
h A
Trang 2Vậy 3508 3 ( 2 )
mm A
=> Ae = u* abde
n
A = 0.9625*3508.3 = 3376.738 (mm2) Vậy: Pru = * * = 0 8 * 450 * 3376 738 * 10 − 3 = 1215 63
e u
19 mm, thép thanh dùng loại A709M cấp 250
Trang 3Với Ae = u*An ; h = d + 2 (mm) = 21 mm
An = min{ ebcd}
n abcd
S t
h A
) (
* 4
*
* 3
2 1
2
− + +
−
=
=>
) 9 7 57 51 (
* 4
9 7
* 60 9
7
* 21
* 3 1852
* ) (
* 4
*
* 3
2
2 1
2
− + +
−
=
− + +
−
t g g
S t
h A
A n = n ebcd =
u = 1 => Ae = u* abde
n
A = 1*1425.328 = 1425.328 (mm2) Vậy: Pru = * * = 0 8 * 400 * 1425 328 * 10 − 3 = 456 1
e u
19 mm, thép thanh dùng loại A709M cấp 250
Trang 4f w ebcf
f w
t t S
t t g
6 7 80 2 80
2
13 4
6 7
* 60
2 2
A n = n ebcf = ,với u=1 ÆAe = An
Vậy: Pru = * * = 0 8 * 400 * 4559 767 * 10 − 3 = 1459 125
e u
Trang 5Pu = 900 kN, bulong có đường kính 19 mm, thanh chính chịu ứng suất không đổi dấu, dài L = 6.5 m, thép thanh dùng loại A709M cấp 250
Trang 6* 900
*
2 3
F
P A
y y
10
* 900
*
2 3
F
P A
u u
3 min
min
mm
L r
Trang 7Bài 6: Thiết kế thanh chịu kéo bằng 2 thanh thép góc đều cánh được giả thiết ghép cứng lại với nhau, liên kết với bản nối bằng 1 hàng bulong ( mỗi hàng
có ít nhất 3 bulong) ở đầu thanh như hình vẽ dưới đây Biết lực kéo tính toán tác dụng ở TTGHCĐ là Pu = 580 kN, bulong có đường kính 19 mm, thanh chính chịu ứng suất không đổi dấu, dài L = 4 m, thép thanh dùng loại A709M cấp 250
Bài giải:
1 hµng bu l«ng
Pu
10 (§¬n vÞ = mm)
* Để đảm bảo khả năng chịu lực tối thiểu của một thép góc thì:
y y
P A
* 2
10
* 580
*
* 2
2
3 1
F
P A
y y
10
* 580
*
2 3
F
P A
u u
3 min
min
mm
L r
r
* Chọn thép góc L 127 x 127 x 7 9
Trang 8Bài 7: Thiết kế thanh chịu kéo bằng 1 thanh thép C, liên kết với bản nối bằng
3 hàng bulong ( mỗi hàng có ít nhất 3 bulong) ở đầu thanh như hình vẽ dưới đây Biết lực kéo tính toán tác dụng ở TTGHCĐ là Pu = 1100 kN, bulong có đường kính 19 mm, thanh chính chịu ứng suất không đổi dấu, dài L = 4 m, thép thanh dùng loại A709M cấp 345
10
* 1100
*
2 3
F
P A
y y
u
φ
Pru = φ *F *A min =P
Trang 9=> 3055 56 ( )
450
* 8 0
10
* 1100
*
2 3
F
P A
u u
3 min
min
mm
L r
Pu
2 hµng bu l«ng
10 (§¬n vÞ = mm)
Trang 10* 2300
*
2 3
F
P A
y y
10
* 2300
*
2 3
F
P A
u u
3 min
min
mm
L r
r
* Chọn thép góc C 250 x 37
Với: A1g = 4740 (mm2) => Ag = 2*A1g = 9480 (mm2); x = 16 (mm); J1x = 3796.03 (cm4); J1y = 139.85 (cm4); 1
w
t = 13.4 (mm) Tính Jx; Jy:
Trang 11* 1 120
* 120
r r
345
* 6 62
* 14 3
10
* 5 7
P A F
=
λ
*
* 88 0
* 9 0
345
* 88 0
* 9 0
10
* 29
* 519 2
* 88 0
P y
345
* 69
* 14 3
10
* 5 7
L
π λ
Trang 12Ta thấy: λ < 2.25 => Cột dài trung bình
* 1
* 2
285
t
b f f
=> Đạt
35 88
F
* 49 1 297 21 5 18
=> Đạt
Bài 10: Thiết kế thanh chịu nén có kích thước dạng chữ H như hình vẽ dưới đây Biết lực nén tính toán tác dụng ở TTGH cường độ là Pu = 2000 kN, thanh thuộc bộ phận chính dài L = 7 m, liên kết một đầu ngàm một đầu khớp, thép thanh dùng loại A709M cấp 250
Trang 13* 7 0 120
* 120
r r
250
* 84 40
* 14 3
10
* 7
* 7 0
* 9 0
10
* 2
* 66 0
1
6
mm F
h r
mm b
* 2
468 2
16
* 2 12
468
* 14 12
16
* 400
* 2
*
*
* 2
*
2
2 3
3 2
2 2 1
2 1 2
= +
+ +
16
* 400
* 2
*
*
* 2
*
2 1
2 1 2
Trang 1493 94mm rmin
A
J r
250
* 94 93
* 14 3
10
* 7
* 7 0
L
π λ
Ta thấy: λ < 2.25 => Cột dài trung bình
10
* 7
* 7 0
* 2
400
t
b f f
=> Đạt
42 14
F
* 49 1 428 33 14
=> Đạt
Bài 11: Chọn mặt cắt cột chịu nén đúng tâm, tiết diện có dạng như hình vẽ dưới đây Biết lực nén tính toán tác dụng ở TTGH cường độ là Pu = 5000
kN, thanh thuộc bộ phận chính dài L = 5.5 m, liên kết một đầu ngàm một đầu tự do.Thép thanh dùng loại A709M cấp 250
b
Trang 15* 2 120
* 120
r r
250
* 66 91
* 14 3
10
* 5 5
* 2
* 9 0
10
* 5
* 66 0
1
6
mm F
* 96 107470 58
15067 69
46201
* 2
*
*
* 2
*
2 1 2 1 2
1
mm A
b A b J
J
x
g g
y
J
A a A a J
= +
+ +
=
18800
* 2
* 50 16732
* 2
*
*
* 2
*
2
2
4 4
2 2 2 1 2 1 2
g
* Tính lại λ:
Trang 160 77523
10
* 2
250
* 67 140
* 14 3
10
* 5 5
* 2
L
π λ
Ta thấy: λ < 2.25 => Cột dài trung bình
10
* 5 5
* 2
* 2
370
t
b f f
=> Đạt
42 14
F
* 49 1 53 25 2 11
=> Đạt
Bài 12: Chọn mặt cắt cột chịu nén đúng tâm, tiết diện có dạng như hình vẽ dưới đây Biết lực nén tính toán tác dụng ở TTGH cường độ là Pu = 2200
kN, thanh thuộc bộ phận chính dài L = 6.5 m, liên kết khớp ở 2 đầu
Thép thanh dùng loại A709M cấp 250
b
Trang 17* 1 120
* 120
r r
250
* 167 54
* 14 3
10
* 5 6
* 9 0
10
* 22
* 66 0
1
5
mm F
h
r
mm b
b r
Trang 18) ( 10
* 58 17939 68
4453 95
6742
* 2
*
mm J
J
5690
* 2
310 17
* 2 10
* 99 19770 10
* 94 213
* 2
* 2
310 2
*
2
2 4
4 1
2 2
250
* 53 89
* 14 3
10
* 5 6
L
π λ
Ta thấy: λ < 2.25 => Cột dài trung bình
10
* 5 6
80
t
b f f
=> Đạt
42 14
F
* 49 1 48 26 1 9
=> Đạt
Bài 13: Chọn mặt cắt cột chịu nén đúng tâm, tiết diện có dạng như hình vẽ dưới đây Biết lực nén tính toán tác dụng ở TTGH cường độ là Pu = 2500
kN, thanh thuộc bộ phận chính dài L = 6.5 m, liên kết khớp ở 2 đầu
Trang 19Thép thanh dùng loại A709M cấp 345
* 1 120
* 120
r r
345
* 167 54
* 14 3
10
* 5 6
*
*
* 88
* 9 0
10
* 25
* 52 2
* 88 0
h
r
mm b
Trang 20* 3 18522 40
5036 95 6742
* 2
*
mm J
J
x g
g y
+
= +
+ +
2
357
* 2 10
* 53 30093 10
* 94 213
* 2
* a
*
* 2
*
2
2 4
4 2
2 2 1 2 1 2
345
* 338 87
* 14 3
10
* 5 6
L
π λ
Ta thấy: λ < 2.25 => Cột dài trung bình
10
* 5 6
80
t
b f
=> Đạt
Trang 21Bài 14: Hãy thiết kế mối nối hàn liên kết một thép góc với một bản nút ( theo 2 phương án: liên kết chịu lực lệch tâm và liên kết chịu lực đúng tâm) Các cấu kiện đều bằng thép M270M cấp 250 Đường hàn góc có chiều dày 8
mm, được chế tạo bằng que hàn có cường độ Fexx = 485 Mpa Tải trọng có
hệ số ở trạng thái GHCĐ bằng 450 kN tác dụng theo trục trọng tâm của thép góc
Bài giải:
1 Trường hợp liên kết chịu lực đúng tâm thép góc:
- Khả năng chịu cắt trên một đơn vị đường hàn là:chọn W=8mm
10
* 450 R
-Kiểm tra sức kháng cắt khối:(t=8mm)
Trang 22Atn=Atg=0, Avn=Avg=175*8*2=2800mm
Phá hoại trên mặt chịu cắt:
Rr= Rn= *0.58Avn*Fu
= 0.8*0.58*2800*400*10-3 = 519.68kN >Pu ÆĐạt
2 Trường hợp liên kết chịu lực lệch tâm thép góc:
- Khả năng chịu lực trên một đơn vị chiều dài đường hàn là:
* 35
* 10
7 1316
8 242373
298 40405
* Kiểm toán lại:
Khả năng chịu lực của mối nối là:
Rr = 1316.7*(185 + 127 + 35) = 456.895 kN > Pu = 450 kN
=> Đạt
Trang 23Bài 15: Hãy kiểm toán mối nối bằng đường hàn góc trong hình vẽ dưới đây Tải trọng có hệ số ở TTGHCĐ bằng 250 kN Các cấu kiện đều bằng thép M270M cấp 250 Đường hàn góc có chiều dày 12 mm được chế tạo bằng que hàn có cường độ Fexx = 485 Mpa
Bài giải:
* Xác định ứng suất do tải trọng xác định lên đường hàn:
- Xác định trọng tâm C của nhóm đường hàn:
12
* ) 2
* 200 300 (
12
* 100
* 200
* 2 F
*
i
mm F
Trang 24fMx = * ymax
J M
Với:
12
* 200
* ) 6 150 (
* 2 12
300
* 12 12
12
* 200
* 2
* ) (
* ) (
* 2
*
3 3
2
2 2 1
2 1 2
* 300
* ) 143 57 100 (
* 2 12
300
* 12 12
12
* 200
* 2
* ) (
* ) (
* 2
*
2
4 2
2 3
3 2
2 2 1
2 1 2
1
mm
F a F a J
J
= +
− +
+
= +
+ +
10
* 5
mm N
=
fMy = * ( 200 57 143 ) 86 ( / )
6 163205028
10
* 5 98214
x J
=> Sức kháng cắt của mối hàn quyết định
=> Sức kháng cắt của đường hàn tại một điểm bằng:
R
dh
r = < fmax = 452.24 (N/mm2)
=> Mối nối không đảm bảo cường độ
(Anh xem lại cho em bài 15 này)
Trang 25Bài 16: Hãy thiết kế mối nối trong hình vẽ bằng đường hàn góc Tải trọng có
hệ số ở TTGHCĐ bằng 500 kN Thanh kéo gồm 2 thanh thép góc bằng thép M270M cấp 250 Sử dụng que hàn E700XX có cường độ Fexx = 485 Mpa
=> Cường độ đường hàn là quyết định
- Tổng chiều dài đường hàn tối thiểu cần thiết kế là:
7 1316
10
* 500 R
Trang 26Ta thấy: 4W = 32 < 40 < 400 mm
=> Thoả mãn điều kiện chiều dài có hiệu của đường hàn góc
*Kiểm tra sức kháng cắt khối(t=10mm)
Bài giải:
* Xác định trọng tâm C của nhóm bulong:
Tải trọng tác dụng vào trọng tâm C gồm có:
P = 200 kN và
M = P*e = P(130+75/2) = 33500 kN.mm
* Xác định nội lực trong bulong:
- Do tải trọng P gây ra:
Trang 27y x
75 75
* 4 2
75
* 4
11250 2
75
* 8
2 2
2
2 2
Phân tích vecto nội lực cho các bulong
=> Bulong bất lợi nhất là bulong số 4
Ta có:
2 2 * ymax
y x
M P
i i
M P
i i
P P
P
P= ( + ) 2 + ( + ) 2 = ( 25 + 18 61 ) 2 + 55 83 2 = 70 84
Trang 28*Tính sức kháng cắt cho một bulong:
4
1 830
* 22
* 14 3
Với W150 x 24 Tra bảng được tf = 10.3 < t = 16
=> Kiểm tra cho bản có chiều dày mỏng hơn
Mối nối đảm bảo cường độ
Bài 18: Cho một liên kết thép góc với bản nút bằng bulong cường độ cao ASTM A325M có d = 24 mm, lỗ chuẩn, thép kết cấu M270M cấp 250, bề mặt loại A Đường ren bulong cắt ngang mặt phẳng cắt của mối nối Hãy xác định cường độ thiết kế của mối nối dựa trên cắt, ép mặt và cắt khối
Trang 29* 14 3 4
Trang 30* Sức kháng cắt khối:
Xét cho bản mỏng hơn (thanh kéo)
- Diện tích thực chịu kéo Atn:
=> Cường độ thiết kế của mối nối bằng 549.34 kN
Bài 19: Hình vẽ biểu diễn mối nối hai thanh kéo có chiều dày 12 mm bằng 2 bản thép có chiều dày 8 mm Các chi tiết đều bằng thép M270M cấp 345 Sử dụng bulong ASTM A307 cấp A có d = 22 mm Hãy xác định cường thiết kế của mối nối dựa trên cắt và ép mặt
Bài giải:
Vì kết cấu là đối xứng nên ta xét ½ kết cấu:
Trang 31* Tính sức kháng ép mặt:
Vì khoảng cách tới mép của bản nút và thanh kéo là như nhau = 40 mm
=> Kiểm tra cho thanh có t nhỏ hơn (thanh kéo)
Trang 32Bài 20: Hãy xác định lực dọc có hệ số lớn nhất được chịu bởi liên kết cho trong hình vẽ Thanh kéo gồm 2 bản có kích thước 10mm x 80mm, bản nút
có kích thước 12mm x 160mm Tất cả các cấu kiện đều bằng thép M270M cấp 250 Đường hàn góc có chiều dày 8mm Được chế tạo từ que hàn có cường độ Fexx = 485 Mpa
=> Cường độ đường hàn là quyết định
Khả năng chịu lực của toàn liên kết là:
Rr = 1316.7*(80 + 80 + 80) = 316.008 kN
* Sức kháng kéo của thanh kéo là:
- Sức kháng chảy của mặt cắt nguyên:
P ry = φy*F y*A g = 0 95 * 250 * 2 * 10 * 80 = 380kN
* Sức kháng đứt của mặt cắt hữu hiệu là:
Trang 33* Chọn kích thước sườn tăng cường gối;
- Chiều rộng sườn tăng cường gối:
* 48 0
* 48 0
5
=
=
y p
p
F
E t
b
=> tp = 15.57 (mm)
Trang 34kN A
F P
E
F r
D K
mm A
J r
mm t
t t
b b t b t J
n c r
s y n
y s
w w w
p p p p p
6 2990 885
3322
* 9 0
*
885 3322 10
* 9720
* 345
* 66 0
*
* 66 0
25 2 022 0 10
* 2
345
* 75 97
* 14 3
1460
* 75 0
*
*
*
75 97 9720
92877000
92877000 12
18 ] ) 2 2
( 12
[
*
2
3 022
0
5
2 2
4
3 2
+ +
1460
* 75