CÁC NỘI DUNG TRỌNG TÂM Chương 1: Tính chất và sự làm việc của vật liệu thép Phân loại thép xây dựng Qui cách thép dùng trong xây dựng Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng Phương p
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA
MÔN: KẾT CẤU THÉP 1
Mục đích
Tài liệu này nhằm hỗ trợ cho học viên hình thức giáo dục từ xa nắm vững nội dung ôn tập
và làm bài kiểm tra hết môn hiệu quả
Tài liệu này cần được sử dụng cùng với tài liệu học tập của môn học và bài giảng của giảng viên ôn tập tập trung theo chương trình đào tạo
Nội dung hướng dẫn
Nội dung tài liệu này bao gồm các nội dung sau:
Phần 1: Các nội dung trọng tâm của môn học Bao gồm các nội dung trọng tâm của
môn học được xác định dựa trên mục tiêu học tập, nghĩa là các kiến thức hoặc kỹ năng cốt lõi mà người học cần có được khi hoàn thành môn học
Phần 2: Cách thức ôn tập Mô tả cách thức để hệ thống hóa kiến thức và luyện tập
kỹ năng để đạt được những nội dung trọng tâm
Phần 3: Hướng dẫn làm bài kiểm tra Mô tả hình thức kiểm tra và đề thi, hướng
dẫn cách làm bài và trình bày bài làm và lưu ý về những sai sót thường gặp, hoặc những nỗ lực có thể được đánh giá cao trong bài làm
Phần 4: Đề thi mẫu và đáp án Cung cấp một đề thi mẫu và đáp án, có tính chất
minh hoạ nhằm giúp học viên hình dung yêu cầu kiểm tra và cách thức làm bài thi
Trang 2PHẦN 1 CÁC NỘI DUNG TRỌNG TÂM
Chương 1: Tính chất và sự làm việc của vật liệu thép
Phân loại thép xây dựng
Qui cách thép dùng trong xây dựng
Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng
Phương pháp tính toán kết cấu thép
Tính toán cấu kiện chịu uốn, cấu kiện chịu nén, cấu kiện chịu kéo
Chương 2: Liên kết cấu kiện thép
Liên kết hàn
Liên kết bu lông
Liên kết đinh tán
Chương 3: Thiết kế sàn thép
Cấu tạo sàn thép
Tính toán sàn thép
Chương 4: Thiết kế dầm thép
Cấu tạo dầm thép
Tính toán dầm thép
Cấu tạo và tính toán các liên kết của dầm
Chương 5: Thiết kế cột
Phân loại cột
Sơ đồ tính và chiều dài tính toán cột
Thiết kế các chi tiết liên kết cột
Tài liệu tham khảo (TLTK):
[1] Phạm Văn Hội và các cộng sự, Kết cấu thép-Cấu Kiện Cơ Bản NXB KH&KT, 2006 [2] Trần Thị Thôn, Bài tập thiết kế kết cấu thép, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2007
Trang 3PHẦN 2 CÁCH THỨC ÔN TẬP
Chương 1: Tính chất và sự làm việc của vật liệu thép
Phân loại thép xây dựng
o Phân loại theo thành phần hóa học của thép
Thép cacbon: lượng C<1.7%, không có các thành phần hợp kim
khác.Thép xây dựng là loại thép C thấp, với lượng C<0,22%
Thép hợp kim: có thêm các thành phần kim loại khác như Cr, Ni,
Mn,… nhằm nâng cao chất lượng thép như tăng độ bền, tăng tính chống gỉ Thép hợp kim thấp là thép có tỉ lệ của tổng các nguyên tố
phụ thêm dưới 2.5%, đây là loại thép được dùng trong xây dựng
o Phân loại theo phương pháp luyện sản xuất thép: luyện bằng lò quay hoặc luyện bằng lò bằng
o Phân loại theo mức độ khử oxy
Thép sôi: thép khi nguội, bốc ra nhiều bọt khí như oxy, cacbon oxyt
Các bọt khí tạo thành những chỗ không đồng nhất trong cấu trúc của thép, khiến thép sôi có chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại giòn và bị lão hóa
Thép tĩnh: trong quá trình nguội không có hơi bốc ra như thép sôi, do
đã được thêm những chất khử oxy như Si, Al, Mn,… Loại thép này chịu lực động tốt, khó bị phá hoại giòn
Thép nửa tĩnh: là trung gian giữa thép tĩnh và thép sôi, trong đó oxy
không được khử hoàn toàn
o Đọc TLTK [1] trang 13-15
Qui cách thép dùng trong xây dựng
o Thép hình (thép cán nóng): là các loại thép được cán nóng sản xuất sẵn trong nhà máy, bao gồm các loại tiết diện như thép góc (đều hoặc không đều cạnh); thép chữ I; thép chữ C (hay thép U); thép ống
o Thép tấm: còn gọi là thép bản được sử dụng rộng rãi do có thể tạo ra các loại tiết diện có hình dạng và kích thước bất kỳ Có 3 loại thép tấm là thép tấm dày, thép tấm mỏng và thép tấm phổ thông
o Thép hình dập, cán nguội: là các loại thép được tạo hình bằng cách dập hay cán nguội các thép tấm mỏng mà thành nên có bản thành mỏng và nhẹ hơn so với thép cán nóng Thường được dùng cho các kết cấu chịu tải nhỏ nhưng cần
độ cứng lớn
o Thép phổ thông: là các loại thép tròn trơn hoặc có gân, đường kính 6-80mm, thường được dùng làm thanh giằng, bu lông hoặc cốt thép trong vật liệu bê tông cốt thép
o Đọc TLTK [1] trang 17-18 và 29-34
Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng
Trang 4o Sự làm việc chịu kéo/nén của thép: dựa vào biểu đồ quan hệ ứng suất và biến dạng trong quá trình chịu kéo/nén của thép, người ta xác định được các đặc trưng cơ lý của vật liệu thép là loại vật liệu dẻo
o Sự phá hoại giòn của thép: là sự phá hoại ở biến dạng nhỏ, xảy ra bất ngờ kèm theo vết nứt ở trong giai đoạn đàn hồi
Hiện tượng cứng nguội: hiện tượng tăng tính giòn của thép sau khi bị
biến dạng dẻo ở nhiệt độ thường Thép sau khi bị biến dạng dẻo thì trở nên cứng hơn, giới hạn đàn hồi cao hơn và biến dạng khi phá hoại nhỏ hơn Sự cứng nguội xảy ra khi gia công nguội các cấu kiện: uốn nguội, cắt bằng máy cắt, đột lỗ,…
Hiện tượng hóa già: theo thời gian, tính chất của thép thay đổi dần: c,
b tăng lên, độ giãn và độ dai va đập giảm đi, thép trở nên giòn hơn
Hiện tượng tập trung ứng suất: do ứng suất cục bộ gây bởi các biến đổi
đột ngột của hình dáng cấu kiện tạo ra sự tập trung ứng suất làm cho thép trở nên dễ giòn tại nơi đó Kết cấu chịu tải trọng động thì sự tập trung ứng suất là nguy hiểm vì làm cho thép dễ bị phá hoại giòn
Hiện tượng chịu tải trọng lặp: khi thép chịu tải trọng lặp thì sẽ gây ra
hiện tượng mỏi Sự phá hoại về mỏi mang tính chất phá hoại giòn,
thường xảy ra đột ngột và kèm theo vết nứt
Ảnh hưởng của nhiệt độ: tính dẻo của thép thay đổi phụ thuộc vào
nhiệt độ Ở nhiệt độ âm hoặc lớn hơn 300oC thép trở nên giòn hơn và chuyển sang thể lỏng khi nhiệt độ lớn hơn 1500oC
o Đọc TLTK [1] trang 19-28
Phương pháp tính toán kết cấu thép
o Phương pháp tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn
Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất: mất khả năng chịu lực hoặc không
còn sử dụng được nữa do phá hoại về bền hay mất ổn định điều kiện
an toàn về khả năng chịu lực (bền, ổn định) cần phải đảm bảo Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất thì dùng tải trọng tính toán
Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai:không còn sử dụng bình thường được
nữa do biến dạng, chuyển vị quá lớn điều kiện an toàn về biến dạng, chuyển vị bé cần phải được đảm bảo Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai thì dùng tải trọng tiêu chuẩn
o Cường độ tiêu chuẩn, cường độ tính toán
Cường độ tiêu chuẩn: là đặc trưng cơ bản của vật liệu được quy định
trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép như TCVN 5575-2012
Cường độ tính toán: bằng cường độ tiêu chuẩn chia cho hệ số an toàn
về vật liệu M
o Đọc TLTK [1] trang 34-38
Tính toán cấu kiện chịu uốn, cấu kiện chịu nén, cấu kiện chịu kéo
o Cấu kiện chịu kéo đúng tâm: kiểm tra theo điều kiện bền
Trang 5o Cấu kiện chịu nén đúng tâm: kiểm tra theo điều kiện bền và ổn định
o Cấu kiện chịu uốn phẳng: kiểm tra theo điều kiện bền và điều kiện cứng
o Đọc TLTK [1] trang 40-45
Chương 2: Liên kết cấu kiện thép
Liên kết hàn
o Các phương pháp hàn kết cấu thép
Hàn hồ quang điện bằng tay
Hàn hồ quang điện tự động và bán tự động
Hàn hơi
Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ
Đọc TLTK [1] trang 50-53
o Phân loại đường hàn: đường hàn đối đầu và đường hàn góc
Đường hàn đối đầu: là đường hàn liên kết trực tiếp hai cấu kiện cùng
nằm trong một mặt phẳng Đường hàn đối đầu có thể thẳng góc hoặc xiên góc với trục của cấu kiện
Đường hàn góc: là đường hàn liên kết hai cấu kiện không đồng phẳng
Tùy theo vị trí đường hàn so với phương lực tác dụng mà phân ra đường hàn góc cạnh (đường hàn song song phương lực) và đường hàn
góc đầu (đường hàn vuông góc phương lực)
o Cường độ tính toán của đường hàn: cường độ tính toán đường hàn phụ thuộc vật liệu que hàn, phương pháp hàn và cách thức kiểm tra đường hàn Cường
độ tính toán của đường hàn được sử dụng trong thiết kế tính toán đường hàn
Đường hàn đối đầu: được thiết kế chịu lực kéo/nén dọc trục N; chịu
moment uốn M; chịu lực cắt V riêng lẻ hoặc đồng thời
Đường hàn góc: được thiết kế chịu lực tương tự đường hàn đối đầu
trong liên kết ghép chồng Bên cạnh đường hàn góc còn sử dụng trong thiết kế liên kết có sử dụng bản ghép
o Đọc TLTK [1] trang 62-70 để biết công thức tính toán các loại đường hàn cũng như ví dụ minh họa tính toán cụ thể (ví dụ 2.1 và ví dụ 2.2)
o Đọc TLTK [2] trang 54-79 để làm các bài tập giải sẵn về các dạng liên kết hàn
Liên kết bu lông
o Các loại bu lông dùng trong kết cấu thép
Bu lông thô, thường, tinh: được sản xuất từ thép cacbon hay hợp kim thấp bằng cách rèn, dập hay tiện
Bu lông cường độ cao: được sản xuất từ thép hợp kim cao và gia công nhiệt
Đọc TLTK [1] trang 77-78
Trang 6o Sự làm việc của liên kết bu lông
Bu lông thô, thường, tinh: làm việc chịu trượt (cắt + ép mặt đồng thời)
và làm việc chịu kéo
Bu lông cường độ cao: chỉ làm việc chịu kéo
Đọc TLTK [1] trang 79-836 để hiểu thêm sự làm việc của liên kết bu lông khi chịu lực
o Khả năng chịu lực của bu lông: chịu cắt, chịu ép mặt và chịu kéo
Bài toán kiểm tra khả năng chịu lực: i) kiểm tra khả năng chịu lực của
thép cơ bản bị giảm yếu; ii) kiểm tra khả năng chịu lực của bản ghép bị giảm yếu; iii) tính khả năng chịu lực của một bu lông; iv) tính lực tác dụng vào một bu lông nguy hiểm nhất; v) so sánh khả năng chịu lực của một bu lông và lực tác dụng vào một bu lông nguy hiểm nhất để kết luận
Bài toán thiết kế bu lông: i) kiểm tra khả năng chịu lực của thép cơ
bản; ii) chọn tiết diện bản ghép; iii) chọn loại bu lông, đường kính bu lông và tính khả năng chịu lực của một bu lông [N]bl ; iv) tính số lượng
bu lông cho một nửa liên kết n = N/[N]bl hoặc n=V/[N]bl ; v) bố trí liên kết bu lông theo quy định cấu tạo; vi) kiểm tra thép cơ bản bị giảm yếu
Đọc TLTK [1] trang 90-91 để xem công thức và ví dụ minh họa tính toán cụ thể liên kết bu lông (ví dụ 2.4 và 2.5)
Đọc TLTK [2] trang 105-108 để làm các bài tập giải sẵn về các dạng liên kết bu lông
Liên kết đinh tán
o Các loại đinh tán dùng trong kết cấu thép
Đinh đầu bán cầu
Đinh đầu chìm/nửa chìm
Đinh đầu cao
o Sự làm việc của liên kết đinh tán: tương tự sự làm việc của liên kết bu lông
o Khả năng chịu lực của đinh tán: chịu cắt, chịu ép mặt và chịu kéo như liên kết
bu lông
o Đọc TLTK [1] trang 99-102 để hiểm thêm về liên kết đinh tán
Chương 3: Thiết kế sàn thép
Cấu tạo sàn thép
o Phân loại sàn thép
Sàn một phương: tỷ lệ hai cạnh lớn hơn 2
Sàn hai phương: tỷ lệ hai cạnh nhỏ hơn hoặc bằng 2
o Cấu tạo sàn thép: sàn thép được tạo từ các thép bản gối lên hệ dầm thép và được hàn với cánh trên của dầm bằng các đường hàn góc
Trang 7o Đọc TLTK [1] trang 108
Tính toán sàn thép
o Tải trọng tác dụng trên sàn
Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải):là trọng lượng bản thân của tấm sàn thép
Tải trọng tạm thời (hoạt tải): là trọng lượng người, vật chứa, thiết bị… đặt lên sàn được quy định trong tiêu chuẩn 2737-1995 về Tải trọng và Tác động
o Chiều dày bản sàn: dựa vào biểu thức gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất l và chiều dày bản sàn t để chọn trước chiều dày bản sàn
o Nội lực trong sàn: được xác định từ sơ đồ tính dầm đơn giản chịu lực phân bố đều và lực kéo dọc trục
o Kiểm tra độ bền sàn: được kiểm tra bền theo cấu kiện chịu uốn và chịu kéo đồng thời
o Kiểm tra biến dạng sàn: được kiểm tra thông qua độ võng cho phép lớn nhất trên sơ đồ tính cấu kiện chịu uốn + kéo đồng thời
o Đọc TLTK [1] trang 108-112 để biết trình tự thiết kế sàn thép thông qua các công thức xây dựng sẵn và ví dụ mẫu 3.1
Chương 4: Thiết kế dầm thép
Cấu tạo dầm thép
o Dầm thép định hình: cấu tạo từ thép hình
o Dầm thép tổ hợp: Cấu tạo từ các bản thép và thép hình liên kết bởi đường hàn,
bu lông hoặc đinh tán
Tính toán dầm thép
o Xác định tải trọng từ sàn truyền lên dầm
o Xác định nhịp tính toán của dầm
o Xác định chiều cao tiết diện dầm
o Xác định nội lực trong dầm
o Kiểm tra điều kiện bền
o Kiểm tra độ võng
o Kiểm tra ổn định dầm: ổn định cục bộ và ổn định tổng thể
o Đọc TLTK [1] trang 117-132 để biết trình tự thiết kế dầm thép định hình và dầm tổ hợp thông qua các công thức xây dựng sẵn và ví dụ mẫu 3.2
o Đọc TLTK [1] trang 136-149 để hiểu thêm cơ sở lý thuyết của hiện tượng mất
ổn định tổng thể và mất ổn định cục bộ của dầm
Cấu tạo và tính toán các liên kết của dầm
o Liên kết nối dầm
Trang 8o Liên kết gối dầm lên dầm và dầm lên cột
o Đọc TLTK [1] trang 152-167 để hiểu thêm các kiểu liên kết nối và gối dầm và cách tính toán tương thông qua ví dụ mẫu 3.3 và 3.4
o Xem lại Chương 2-Liên kết thép để rà soát lại kiến thức tính toán liên kết
Chương 5: Thiết kế cột thép
Phân loại cột
o Phân loại theo các chi tiết: chân cột, thân cột và đầu cột
o Phân loại theo cách sử dụng: cột nhà xưởng, cột nhà nhiều tầng, cột chống sàn…
o Phân loại theo sơ đồ chịu lực: cột kéo, nén và uốn đúng tâm, lệch tâm
o Phân loại theo cấu tạo hình thức tiết diện: cột tiết diện đặc, cột tiết diện rỗng
Sơ đồ tính và chiều dài tính toán cột
o Chiều dài tính toán của cột
o Cấu tạo tiết diện cột: bao gồm chọn dạng tiết diện cột và sơ bộ chọn kích thước tiết diện
o Kiểm tra cột theo điều kiện bền
o Kiểm tra ổn định cục bộ cột
o Kiểm tra ổn định tổng thể cột trong mặt phẳng khung
o Kiểm tra ổn định tổng thể cột ngoài mặt phẳng khung
o Đọc TLTK [1] trang 182-191 để biết trình tự thiết kế tiết diện cột đặc với ví
dụ minh họa 4.1 cho thiết kế cột chịu nén đúng tâm
o Đọc TLTK [1] trang 191- để biết trình tự thiết kế tiết diện cột rỗng với ví dụ minh họa 4.2 và 4.3 cho thiết kế rỗng chịu nén đúng tâm
Thiết kế các chi tiết liên kết cột
o Liên kết đầu cột
o Liên kết thân cột
o Liên kết chân cột
o Đọc TLTK [1] trang 237-247 để biết cách cấu tạo các chi tiết liên kết cột cũng như trình tự tính toán liên kết
o Xem lại Chương 2-Liên kết thép để rà soát lại kiến thức tính toán liên kết
Trang 9PHẦN 3 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI KIỂM TRA
a/ Hình thức kiểm tra và kết cấu đề
Đề kiểm tra bao gồm hai phần lý thuyết và bài tập Thời gian thi là 90 phút được sử dụng tài liệu
Phần lý thuyết có 1 bài gồm 2 câu (2,5 điểm) được phân phối như sau:
o Câu 1 (1 điểm): Chương 1 và Chương 2
o Câu 2 (1,5 điểm): Chương 4 và Chương 5
Phần bài tập có 2 bài tập (7,5 điểm) được phân phối trong Chương 2, Chương 3,
Chương 4 và Chương 5 như sau:
o Bài 1 (3,5 điểm) bao hàm các kiến thức tính toán liên kết hàn hoặc liên kết bu lông của Chương 2 cũng như các chi tiết liên kết dầm Chương 4 hay chi tiết liên kết cột Chương 5
o Bài 2 (4 điểm) bao hàm các kiến thức của Chương 3 hoặc Chương 4 hoặc Chương 5 trong đó thiết kế chọn được tiết diện, kiểm tra trạng thái giới hạn 1 (bền, ổn định) và trạng thái giới hạn 2 (biến dạng, võng) của sàn hay dầm hoặc của cột đặc chịu nén đúng tâm
b/ Hướng dẫn làm bài phần tự luận
Trước hết phải tìm yêu cầu của bài, gạch dưới và đọc thật kỹ để làm đúng và vừa đủ theo yêu cầu của bài Làm thừa so với yêu cầu sẽ không được tính điểm, mất thời gian vô ích
Không cần làm bài theo thứ tự Câu dễ làm trước
Chú ý đơn vị lực, chiều dài cần thống nhất để tránh nhầm lẫn, chọn một đơn vị phù hợp để tính toán xuyên suốt (ví dụ chọn đơn vị lực là KN và đơn vị chiều dài là cm) Phần nhận xét viết ngắn gọn và trình bày theo hiểu biết của mình
Chép bài người khác sẽ không được tính điểm
Trang 10PHẦN 4 ĐỀ THI MẪU VÀ ĐÁP ÁN
ĐỀ THI SỐ 01 MÔN: KẾT CẤU THÉP 1……… - HK /NH
LỚP: ……… - HỆ: TỪ XA, VHVL Thời gian làm bài: 90 phút………
SV được sử dụng tài liệu
Bài 1 (2,5 đ)
1) Anh chị hãy trình bày các nguyên nhân làm cho kết cấu thép bị phá hoại giòn
(1,0đ)
2) Anh chị hãy trình bày rõ khác nhau giữa hiện tượng mất ổn định cục bộ và mất ổn
định tổng thể cũng như sự liên hệ giữa hai hiện tượng này (1,5đ)
Bài 2 (3,5 đ)
Tính toán mối hàn chồng bằng thép góc L100×10 chịu lực dọc đúng tâm N= 40T như hình vẽ Thép cơ bản có số hiệu là CCT34, que hàn N42, hàn tay và kiểm tra bằng trực quan Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu c = 1 Cho biết chiều cao đường hàn sống
hws = 10mm; chiều cao đường hàn mép hwm = 8mm
Bài 3 (4,0 đ)
Thiết kế thân cột đặc tiết diện I tổ hợp hàn chịu nén đúng tâm Chiều dài cột L=7m Liên kết ở hai đầu cột (ngàm – khớp) theo cả hai phương trong và ngoài mặt phẳng khung Lực nén tính toán N=140T Vật liệu thép có số hiệu CCT34, độ mảnh giới hạn [ ]=120 Hệ số điều kiện làm việc c = 1,0
- HẾT -
100 100
y1
10
N
a
c
100
h ws
h wm
N
10