Đề cương ôn tập chi tiết

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản (dầm có rất ít phân tố), chi phí cho chế tạo không lớn. Phạm vi sử dụng: rất phổ biến, dùng làm dầm mái, dầm sàn, dầm sàn công tác, dầm cầu, dầm cầu trục,. + [r]

CHƯƠNG I - VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP

1 Đại cương

1.1 Ưu điểm của kết cấu thép

 Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao;

2.1 Phân loại thép xây dựng

Thép và gang là hợp kim đen của sắt (Fe) và các bon (C), ngoài ra còn một số chất khác có tỉ lệ không đáng kể , như ô xy (O), phốt pho (P), si líc (Si), …

a) Theo thành phần hóa học của thép

Thép các bon: C < 1.7 % và không có các thành phần hợp kim khác Tùy hàm lượng các bon lại chia ra: thép các bon cao, thép các bon vừa và thép các bon thấp (C < 0.22 %) Trong xây dựng dùng thép các bon thấp

Thép hợp kim: có thêm các thành phần kim loại khác như crôm (Cr), kền (Ni), man gan (Mn), … nhằm nâng cao chất lượng thép như độ bền, tính chống rỉ Tùy theo tổng hàm lượng các nguyên tố phụ lại chia ra: thép hợp kim cao, thép hợp kim vừa và thép hợp kim thấp (tổng hàm lượng nguyên tố phụ dưới 0.22 %) Trong xây dựng dùng thép hợp kim thấp

b) Theo phương pháp luyện

Thép cường độ thường: giới hạn chảy fy  290 N/mm2, giới hạn bền fu = 330 ~ 540 N/mm2

Thép cường độ khá cao: giới hạn chảy fy = 310 ~ 400 N/mm2, giới hạn bền fu = 450

~ 540 N/mm2

Thép cường độ cao: giới hạn chảy fy > 440 N/mm2, giới hạn bền fu > 590 N/mm2

2.2 Cấu trúc và thành phần hoá học của thép

a) Cấu trúc của thép

Thép có cấu trúc tinh thể Quan sát một phiến thép

mỏng dưới kính hiển vi, ta thấy thép gồm có hai tổ chức

chính:

 Ferit, các hạt màu sáng, chiếm tới 99% thể tích (ferit

là sắt nguyên chất Fe), có tính mềm và dẻo;

 Xementit là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), rất cứng và

giòn

Ở thép cacbon thấp, xementit hỗn hợp với ferit thành

peclit, là lớp mỏng màu thẫm nằm giữa các hạt ferit Cường

độ peclit là trung gian giữa xementit và ferit Các lớp peclit

bao quanh các hạt ferit mềm dẻo như một màng đàn hồi,

quyết định sự làm việc dưới tải trọng và các tính chất dẻo của thép Thép càng nhiều cacbon thì màng peclit càng dày và thép càng cứng, kém dẻo

2.3 Các mác thép dùng trong xây dựng

a) Thép các bon kết cấu thông thường (TCVN 1765:1975)

Đây là loại thép cường độ thường Căn cứ vào công dụng chia làm 3 nhóm:

 Nhóm A: thép được đảm bảo chặt chẽ về tính chất cơ học;

 Nhóm B: thép được đảm bảo chặt chẽ về thành phần hóa học;

 Nhóm C: thép được đảm bảo về tính chất cơ học và cả thành phần hóa học

Thép xây dựng chỉ dùng nhóm C

Ví dụ: CCT34s, CCT38Mn2

Giải thích ký hiệu: chữ C chỉ nhóm C; CT chỉ thép các bon; 34 (N/mm2) chỉ giới hạn bền khi kéo; s chỉ thép sôi, n chỉ thép nửa tĩnh, không ghi gì thì là thép tĩnh; Mn chỉ

có thêm man gan; 2 (%) hàm lượng mang gan, không ghi gì là hàm lượng dưới 2 %

b) Thép các bon dùng trong xây dựng ( TCVN 5709: 1993)

Đây là loại thép cường độ thường Thép này chỉ đảm bảo chặt chẽ về tính năng cơ học nên dễ chế tạo hơn và giá thành rẻ hơn thép các bon kết cấu thông thường

Ví dụ: Mn2, 14Mn2,16MnSi, 09Mn2Si, 10CrSiNiCu

Giải thích ký hiệu: đầu tiên là con số chỉ phần vạn hàm lượng các bon; tiếp theo là tên các thành phần hợp kim: Mn = mang gan, Si = si líc, Cu = đồng; con số đứng sau chữ chỉ tỉ lệ phần trăm của chất đứng trước nó, nếu không ghi gì thì tỉ lệ chất đó dưới 2 %

2.4 Qui cách thép cán dùng trong xây dựng

Kết cấu xây dựng được chế tạo từ các thép tấm, thép hình có nhiều loại kích thước khác nhau Nước ta đã ban hành tiêu chuẩn quốc gia về thép cán nóng TCVN 1650-75 đến TCVN 1657-75 bao gồm các loại thép tròn, thép ray, thép chữ C, thép chữ I, thép góc

1 Thép hình cán nóng

a Thép góc

Thép góc có hai loại: đều cạnh (TCVN 1656-75) và không đều cạnh (TCVN

1657-75) với tỉ lệ hai cạnh khoảng 1:1, 6 Ký hiệu thép góc như sau, ví dụ:

 Thép góc đều cạnh: L40 x 40 x 4 hoặc L40 x 4;

 Thép góc không đều cạnh: L63 x 40 x 4, trong đó hai số trên là bề rộng cánh, số sau cùng là bề dày cánh

Thép góc đều cạnh gồm 67 loại tiết diện từ nhỏ nhất là L20 x 3 đến lớn nhất là

L250 x 20 Thép góc không đều cạnh gồm 47 loại tiết diện từ nhỏ nhất là L25 x 16 x 3

đến lớn nhất là L250 x 160 x 20

Đặc điểm của tiết diện thép góc là cánh có hai mép song song nhau, tiện cho việc cấu tạo liên kết Chiều dài thanh thép góc được sản xuất từ 4 đến 13 m Thép góc được dùng làm:

 Thanh chịu lực như thanh chống, thanh của dàn; dùng một thép góc hoặc ghép hai thép góc thành tiết diện chữ T, chữ thập;

 Cấu kiện liên kết các kết cấu khác như ghép các bản thép thành tiết diện chữ I, liên kết dầm với cột

Thép góc là loại thép cán được dùng nhiều nhất trong KCT

b Thép chữ I

Theo TCVN 1655-75, gồm có 23 loại tiết diện, từ I10 đến I60 Kí hiệu ví dụ I30,

con số chỉ số hiệu của thép I, bằng chiều cao của nó tính ra cm Từ các số hiệu 18 đến 30, còn có thêm hai tiết diện phụ, cùng chiều cao nhưng cánh rộng và dày hơn, ký hiệu thêm chữ "a", ví dụ I22a Chiều dài được sản xuất từ 4 đến 13 m Thép chữ I được dùng chủ yếu làm dầm chịu uốn; độ cứng theo phương trục x rất lớn so với phương trục y Cũng có thể dùng thép I làm cột, khi đó nên tăng độ cứng đối với trục y bằng cách mở rộng thêm cánh, hoặc ghép hai thép I lại (H.1.10) Một bất lợi của thép chữ I là cánh ngắn và vát chéo nên khó liên kết

c Thép chữ C

Theo TCVN 1654-75, gồm có 22 loại tiết diện, từ số hiệu C5 đến C40 Số hiệu chỉ

chiều cao tính bằng cm của tiết diện Ký hiệu: chữ C kèm theo số hiệu, ví dụ C22 Từ số

hiệu 14 đến 24 cũng có thêm loại tiết diện phụ "a", cánh rộng và dày hơn, ví dụ C22a

Chiều dài từ 4 đến 13 m

Thép chữ C có một mặt bụng phẳng và các cánh vươn rộng nên tiện liên kết với các cấu kiện khác Thép chữ C được dùng làm dầm chịu uốn, đặc biệt hay dùng làm xà gồ mái chịu uốn xiên; cũng hay được ghép thành thanh tiết diện đối xứng, dùng làm cột, làm thành dàn cầu

 Thép ống không hàn, có kích thước (đường kính ngoài x bề dày) từ 42 x 2,5 đến

500 x 15mm

Thép ống có tiết diện đối xứng, vật liệu nằm xa trục trung hoà nên rất cứng, chịu lực khoẻ, ngoài ra chống gỉ tốt Thép ống dùng làm các thanh dàn, dùng làm kết cấu cột tháp cao, có thể tiết kiệm vật liệu 25-30%

Ngoài ra, còn có những loại khác thép ray, thép chữ T, thép vuông, thép tròn, v.v

2 Thép hình dập nguội

Đây là loại thép hình mới so với thép cán Từ các thép tấm mỏng, thép giải, dày 2 -

16 mm, mang dập nguội mà thành

Có các loại tiết diện theo tiêu chuẩn (OCT) như: thép góc đều cạnh, thép góc không đều cạnh, thép chữ C, thép tiết diện hộp v.v ngoài ra, có thể có những tiết diện rất đa dạng theo yêu cầu riêng Thép hình dập có vành mỏng, nên nhẹ nhàng hơn nhiều so với thép cán Nó được dùng chủ yếu cho các loại KCT nhẹ, cho những cấu kiện chịu lực nhỏ nhưng cần có độ cứng lớn Một khuyết điểm của thép hình dập nguội là có sự cứng nguội ở những góc bị cuốn; chống gỉ kém hơn

3 Thép tấm

Thép tấm được dùng rộng rãi vì tính chất vạn năng, có thể tạo ra các loại tiết diện có hình dạng và kích thước bất kỳ Đặc biệt trong kết cấu bản thì hầu như toàn bộ là dùng thép tấm Có các loại sau:

 Thép tấm phổ thông, có bề dày 4 – 60 mm rộng 160 – 1050 mm chiều dài 6 -12

m Thép tấm phổ thông có bốn cạnh phẳng nên sử dụng rất thuận tiện

2.5 Sự làm việc chịu kéo của thép

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép mềm CT3 được khái quát như hình vẽ:

3 Phương pháp tính toán kết cấu thép

3.1 Phương pháp tính kết cấu theo trạng thái giới hạn (TTGH)

TTGH là trạng thái mà kết cấu bắt đầu không đáp ứng các yêu cầu đề ra đối với công trình khi sử dụng cũng như khi xây lắp Có hai loại TTGH:

 TTGH I (TTGH về khả năng chịu lực): mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được nữa, gồm: phá hoại về bền, mất ổn định, mất cân bằng vị trí, biến đổi hình dạng, … Tính toán theo TTGH I được thể hiện bằng công thức:

N  S trong đó:

c i

i Q n c N=P N γ γ n : nội lực trong cấu kiện đang xét, xác định theo các phương pháp của sức bền vật liệu, cơ học kết cấu;

Q: hệ số độ tin cậy về tải trọng, xác định theo TCVN 2737: 1995;

n: hệ số an toàn về sử dụng, xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338: 2005;

nc: hệ số tổ hợp tải trọng, xác định theo TCVN 2737: 1995;

S = A.f.C: nội lực giới hạn mà kết cấu có thể chịu được;

A: đặc trưng hình học của tiết diện (diện tích, mô đun chống uốn, mô men quán tính, ), tính toán như trong sức bền vật liệu;

f : cường độ tính toán của vật liệu, xác định theo TCXDVN 338: 2005;

C : hệ số điều kiện làm việc, xác đinh theo TCXDVN 338: 2005

 TTGH II (TTGH về sử dụng): không còn sử dụng bình thường được hoặc làm giảm tuổi thọ công trình như là: võng, lún, rung, nứt, han rỉ, … Tính toán theo TTGH II được thể hiện bằng công thức:

  

trong đó:

c

i i n c

của sức bền vật liệu, cơ học kết cấu;

P , n,nc: như giải thích ở trên

: biến dạng lớn nhất cho phép của kết cấu, được cho trong TCXDVN 338:

2005

3.2 Tải trọng và tác động

a) Phân loại tải trọng

Theo TCVN 2737: 1995, tùy theo thời gian tác dụng, tải trọng được chia thành 2 loại:

 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): là tải trọng không biến đổi về giá trị, phương, chiều, vị trí trong quá trình sử dụng, gồm: trọng lượng bản thân các bộ phận nhà

và công trình, trọng lượng và áp lực đất đắp, tác dụng của ứng suất trước

 Tải trọng tạm thời: là những tải trọng có thể có hoặc không có trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng và sử dụng Gồm:

+ Tải trọng tạm thời dài hạn, gồm: trọng lượng vách ngăn, trọng lượng thiết bị cố định (mô tơ, máy cái), trọng lượng các chất chứa trong thùng chứa, tải trọng sàn các kho, thư viện,

+ Tải trọng tạm thời ngắn hạn, gồm: người và đồ đạc trên sàn, gió, tải trọng do các thiết bị nâng cẩu, tải trọng sinh ra trong khi chế tạo, vận chuyển, xây lắp các kết cấu xây dựng …

+ Tải trọng đặc biệt: là tải trọng sinh ra do sự cố công nghệ, sử dụng như đứt dây điện, sụt đất, động đất, cháy, nổ, …)

b) Giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của tải trọng

Giá trị tiêu chuẩn: xác lập trên cơ sở thống kê và được quy định trong tiêu chuẩn

Đó là trị số lớn nhất có thể có trong quá trình sử dụng bình thường

Hệ số độ tin cậy về tải trọng Q : xét đến sự biến đổi của tải trọng do những sai lệch ngẫu nhiên khác với điều kiện sử dụng bình thường

Giá trị tính toán: là giá trị tiêu chuẩn nhân hệ số độ tin cậy về tải trọng

c) Tổ hợp tải trọng:

Các tải trọng tác dụng đồng thời lên công trình tạo nên những tổ hợp tải trọng:

 Tổ hợp cơ bản: gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài và ngắn hạn

 Tổ hợp đặc biệt: gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời dài và ngắn hạn và một trong các tải trọng đặc biêt

Hệ số tổ hợp nc: xét đến các tải có trị số lớn nhất không xuất hiện đồng thời

3.3 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán:

Cường độ tiêu chuẩn là đặc trưng cơ bản của vật liệu, được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu

Đối với thép cường độ thường và thép cường độ khá cao khi không cho phép làm việc quá giới hạn chảy, cường độ tiêu chuẩn lấy bằng giới hạn chảy fy = c; đối với thép cường độ cao (không có giới hạn chảy), cường độ tiêu chuẩn lấy bằng giới hạn bền fu =

Với các dạng chịu lực khác, cường độ tính toán được xác định qua cường độ kéo, nén cơ bản nhân với các hệ số chuyển đổi

CHƯƠNG II - LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết (LK) là các cách dùng để ghép những cấu kiện nhỏ (thanh thép hình, miếng thép tấm ) thành những cấu kiện to hơn (một cấu kiện dầm, cột hay một kết cấu khung hoặc một công trình)

Đối với mỗi loại vật liệu có một hay nhiều cách liên kết khác nhau nhưng trong KCT chỉ dùng 3 loại liên kết sau: hàn, bu lông, đinh tán

Hiện nay người ta hầu như không dùng liên kết đinh tán do có nhiều nhược điểm, chủ yếu dùng liên kết bu lông và liên kết hàn

1 Liên kết hàn

Khái niệm: hàn là một phương pháp nối các cấu kiện thành một khối không thể tháo

rời bằng cách dùng nguồn nhiệt (hoặc nhiệt độ và áp lực) để nung chỗ nối đến nhiệt độ hàn (chảy hoặc dẻo ), sau đó kim loại kết tinh ( hoặc chịu tác dụng lực ) tạo thành mối hàn

Ưu điểm:

 Tiết kiệm kim loại, so với phương pháp khác tiết kiệm được 10-20%;

 Có thể hàn các kim loại khác nhau (đồng, nhôm, ) để tạo ra các kết cấu đặc biệt, đa dạng;

 Mối hàn có độ bền cao, đảm bảo kín khít nên trong một số liên kết việc sử dụng

a) Đường hàn đối đầu

Đường hàn đối đầu liên kết trực tiếp hai cấu kiện cùng nằm trong một mặt phẳng Đường hàn nằm ở khe hở nhỏ giữa hai cấu kiện cần hàn đặt đối đầu nhau Khe hở này còn có tác dụng để các chi tiết hàn biến dạng tự do khi hành, tránh cong vênh

Đường hàn đối đầu có thể thẳng góc hoặc xiên góc với trục của cấu kiện

Khi hàn các bản thép dày (t > 8 mm, đối với hàn tay), để có thể đưa que hàn xuống sâu, đảm bảo sự nóng chảy trên suốt chiều dày bản thép, cần gia công mép của bản

b) Đường hàn góc

Đường hàn góc nằm ở góc vuông tạo bởi hai cấu kiện cần hàn Tiết điện đường hàn

là một tam giác vuông cân, hơi phồng ở giữa, cạnh của tam giác gọi là chiều cao đường hàn

Khi chịu tải trọng động, để giảm ứng suất tập trung trong đường hàn góc dùng đường hàn lõm hoặc đường hàn thoải với tỷ số giữa hai cạnh của đường hàn là 1:1,5, cạnh lớn nằm dọc theo hướng lực tác dụng

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

 Đường hàn góc cạnh là đường hàn góc song song với phương của lực tác dụng;

 Đường hàn góc đầu là đường hàn góc vuông góc với phương của lực tác dụng



1.2 Các cách phân loại đường hàn

Theo công dụng có đường hàn chịu lực (để truyền lực) và đường hàn không chịu lực (để chỉ cấu tạo)

Theo vị trí trong không gian khi hàn chia ra: đường hàn nằm, đường hàn đứng, đường hàn ngang và đường hàn ngược (h.2.10) Đường hàn nằm dễ hàn nhất nên dễ đảm bảo chất lượng Đường hàn nằm ngược khó hàn nhất, không nên dùng

Theo địa điểm chế tạo có đường hàn nhà máy và đường hàn công trường

Theo tính liên tục của đường hàn có đường hàn liên tục và đường hàn không liên tục (ngắt quãng)

Quy định về ký hiệu các đường hàn trong bản vẽ kỹ thuật được trình bày ở bảng 2.5

1.3 Các loại liên kết hàn

a) Liên kết đối đầu

Ưu điểm: truyền lực tốt, cấu tạo đơn giản, không tốn thép làm chi tiết nối phụ Nhược điểm: phải gia công mép thép

b) Liên kết ghép chồng

Ưu điểm: không cần dùng các chi tiết nối phụ, liên kết có cấu tạo đơn giản

Nhược điểm: truyền lực không đều, có sự tập trung ứng suất

Ưu điểm: rất thuận tiện khi tháo lắp, không cần máy móc và năng lượng khi thi

công nên được dùng trong các công trình lắp ráp, công trình tạm, liên kết các chi tiết trên cao, ; chịu được tải trọng động

Nhược điểm: tốn vật liệu và công chế tạo

2.1 Cấu tạo chung của bu lông

Thân bu lông là đoạn thép tròn, đường kính thông thường d = 12 - 48 mm, với bu lông neo d tới 100 mm Đường kính trong của phần bị ren là d0 chiều dài của phần thân không ren nhỏ hơn chiều dày tập bản thép liên kết khoảng 2 - 3 mm Chiều dài của phần ren l0  2,5d Chiều dài bu lông l = 35 - 300 mm tuỳ theo yêu cầu sử dụng

Mũ và êcu (đai ốc) của bu lông thường có dạng lục giác, kích thước như nhau, long đen (đệm) hình tròn dùng để phân phối áp lực của êcu lên mặt thép cơ bản

Tuỳ theo cách sản xuất, vật liệu và tính chất làm việc của bu lông có các loại sau: bu lông thô, bu lông độ chính xác bình thường (bu lông thường), bu lông độ chính xác nâng cao (bu lông tinh, bu lông chính xác), bu lông cường độ cao, bu lông neo

Tuỳ theo vật liệu, bulông được chia thành các lớp (cấp) độ bền khác nhau ký hiệu 4.6  10.9 Chữ số đầu nhân với 10 cho biết giới hạn bền của vật liệu bulông fu

(daN/mm 2 ), chữ số đầu nhân với chữ số thứ hai cho biết giới hạn chảy của vật liệu bulông

fy (daN/mm 2 ) Bulông cho các công trình thông thường nên dùng lớp độ bền 4.6; 4.8;

hoặc 5.6

2.2 Các loại bu lông dùng trong KCT

a) Bu lông thô và bu lông thường

Bulông thô và bulông thường được sản xuất từ thép các bon bằng cách rèn, dập Độ chính xác thấp nên đường kính thân bulông phải làm nhỏ hơn đường kính lỗ 2 - 3 mm

Lỗ của loại bulông này được làm bằng cách đột hoặc khoan từng bản riêng rẽ Đột thì mặt lỗ không phẳng, phần thép xung quanh lỗ 2 - 3 mm bị giòn vì biến cứng nguội

Do độ chính xác không cao nên khi ghép tập bản thép các lỗ không hoàn toàn trùng khít nhau, bulông không thể tiếp xúc chặt với thành lỗ (ký hiệu lỗ loaị C)

Loại bulông này rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ nhưng chất lượng không cao Khi làm việc (chịu trượt) sẽ biến dạng nhiều, vì vậy không nên dùng chúng trong các công trình quan trọng và khi thép cơ bản có giới hạn chảy f y 3800daN/cm2 Chỉ nên dùng bulông thô và bulông thường khi chúng làm việc chịu kéo hoặc để định vị các cấu kiện khi lắp ghép

b) Bulông tinh

Được sản xuất từ thép các bon và thép hợp kim thấp bằng cách tiện, độ chính xác cao Đường kính lỗ không lớn hơn đường kính bulông không quá 0,3 mm Để tạo lỗ, dùng máy khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng bản theo khuôn mẫu đến đường kính thiết kế

Phương pháp khoan cho lỗ độ chính xác cao nhưng năng suất thấp Khi bản thép mỏng có thể đột từng bản riêng tới đường kính lỗ nhỏ hơn đường kính lỗ thiết kế từ 2-3

mm, sau đó khoan mở rộng cả chồng bản đã đột đến đường kính thiết kế Phương pháp này tận dụng các ưu điểm của đột và khoan nên nhanh và chính xác, loại bỏ được phần thép quanh lỗ bị giòn do quá trình đột

Lỗ bulông tinh nhẵn, chất lượng cao (ký hiệu lỗ loại B)

Khe hở giữa bulông và lỗ nhỏ nên liên kết chặt, có thể làm việc chịu cắt tuy không bằng bulông cường độ cao hoặc đinh tán

Do tính phức tạp khi sản xuất và lắp đặt bulông vào lỗ (phải dùng búa gõ nhẹ) nên loại bulông này ít dùng

Bulông tinh có các lớp độ bền tương tự bulông thô và bulông thường

c) Bulông cường độ cao

Bulông cường độ cao được làm từ thép hợp kim (40X; 35XC; 40XA; 30X3M), sau đó gia công nhiệt

Cách sản xuất bulông cường độ cao giống bulông thường, có độ chính xác thấp, nhưng do được làm bằng thép cường độ cao nên có thể vặn êcu rất chặt (bằng êcu đo lực) làm thân bulông chịu kéo và gây lực ép rất lớn lên tập bản thép liên kết Khi chịu lực, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép có lực ma sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng Như vậy lực truyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác chủ yếu do lực ma sát

Để đảm bảo khả năng chịu lực của liên kết bulông cường độ cao cần gia công mặt các cấu kiện liên kết để tăng tính ma sát Ví dụ chải bằng bàn chải sắt, đánh bằng bột kim loại

Bulông cường độ cao dễ chế tạo, khả năng chịu lực lớn, liên kết ít biến dạng nên được dùng rộng rãi và thay thế cho liên kết đinh tán trong các kết cấu chịu tải trọng nặng

và tải trọng động

2.3 Các hình thức liên kết bu lông

a) Đối với thép tấm

Có thể dùng liên kết đối đầu (1 hoặc 2 bản ghép) hoặc liên kết chồng

b) Đối với thép hình

Liên kết đối đầu có bản ghép bằng thép tấm, thép hình hoặc dùng liên kết mặt bích Liên kết đối đầu có bản ghép có ưu điểm là bu lông chỉ làm việc chịu cắt, liên kết gọn hơn theo phương ngang cấu kiện Nhược điểm là tốn nhiều bu lông và thép làm bản ghép

Liên kết mặt bích có nhược điểm là bu lông làm việc vừa chịu kéo vừa chịu cắt, khi chịu mô men là chủ yếu thì hình dạng liên kết cồng kềnh

CHƯƠNG III - CẤU KIỆN CƠ BẢN KẾT CẤU THÉP

1 Cấu kiện dầm thép

1.1 Đại cương về dầm và hệ dầm

a) Dầm

Khái niệm: dầm là cấu kiện chủ yếu chịu uốn

Đặc điểm: có tiết diện đặc, có chiều cao và chiều rộng tiết diện khá nhỏ so với chiều dài

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản (dầm có rất ít phân tố), chi phí cho chế tạo không lớn Phạm vi sử dụng: rất phổ biến, dùng làm dầm mái, dầm sàn, dầm sàn công tác, dầm cầu, dầm cầu trục,

Các loại dầm: theo cấu tạo tiết diện gồm 2 loại:

 Dầm hình: làm từ một thép hình, thường dùng chữ I hoặc chữ C (cán hoặc dập) + Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo không đáng kể

+ Nhược điểm : nặng nề và tốn thép do thép hình chữ C và I có chiều dày bản bụng còn quá lớn so với các yêu cầu của cấu kiện chịu uốn

 Dầm tổ hợp: làm từ các bản thép hoặc từ các bản thép và các thép hình Theo cách liên kết các phân tố chia ra: dầm tổ hợp hàn, dầm tổ hợp đinh tán, dầm tổ hợp bu lông

+ Ưu điểm: tiết diện chọn theo yêu cầu, làm việc hợp lý hơn nên nhẹ hơn và tiết kiệm vật liệu hơn

b) Hệ dầm:

Khái niệm: hệ gồm các dầm sắp xếp theo một cách nhất định dùng để chịu lực gọi là

đặt vuông góc với nhau

và song song với hai cạnh của sàn công tác Dùng thích hợp khi tải trọng q  30 KN/m2 và kích thước của sàn công tác B x H  12 x 36 m

 Hệ dầm phức tạp: là hệ gồm ba hệ thống dầm, dầm chính đặt theo phương cạnh dài, dầm phụ đặt theo phương ngắn của sàn công tác và dầm sàn đặt vuông góc với dầm phụ So với hệ dầm đơn giản và hệ dầm phổ thông thì hệ dầm này có cấu tạo phức tạp hơn nhiều và tốn công chế tạo hơn Vì vậy hệ dầm phức tạp chỉ thích hợp khi tải trọng trên sàn công tác rất lớn ( q > 30 KN/m2)

Các kiểu liên kết: 3 kiểu

cao có cùng cao độ, phức tạp hơn liên kế chồng nhưng làm giảm chiều cao hệ dầm và tăng khả năng chịu lực cho sàn

 Liên kết thấp: dầm phụ đặt thấp hơn dầm chính, dầm sàn đặt bằng mặt với dầm chính, có ưu điểm như liên kết bằng mặt nhưng cấu tạo phức tạp hơn, thường dùng cho hệ dầm phức tạp

f12,1

Kiểm tra tiết diện đã chọn về bền:

 Chịu uốn: chỉ kiểm tra nếu có giảm yếu, khi kể đến trọng lượng bản thân dầm theo công thức:

xmax bt

c nx

f W

trong đó:

Mbt: mô men uốn tại tiết diện xét do trọng lượng bản thân dầm gây ra;

Wnx: mô men chống uốn thực của tiết diện cần kiểm tra

 Chịu cắt:

c v w x

ftI



trong đó:

V: lực cắt tại tiết diện kiểm tra;

S: mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hoà;

Ix: mô men quán tính của tiết diện đối với trục x;

tw: chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm;

fv: cường độ tính toán chịu cắt của thép làm dầm

Nếu bản bụng dầm tại tiết diện kiểm tra bị giảm yếu bởi các lỗ đinh tán, lỗ bu

lông hay do nguyên nhân khác thì giá trị của ứng suất tiếp

trong (3.23) cần nhân với hệ số do  = s(s - D), với s là khoảng

cách tâm hai lỗ đinh và D là đường kính lỗ đinh

Kiểm tra về biến dạng:

/l: độ võng tương đối của dầm do tổ hợp các tải trọng tiêu chuẩn gây ra;

[Δ/l]: độ võng tương đối giới hạn của dầm, được cho trong TCXDVN 338:

2005 Ví dụ như [Δ/l] = 1/250 đối với dầm phụ, [Δ/l] = 1/400 đối với dầm chính

 Khi các điều kiện (3.22); (3.23) hoặc (3.25) không thoả mãn thì chọn loại thép hình

có tiết diện lớn hơn để làm dầm và tiến hành tính toán kiểm tra lại

b) Chọn tiết diện dầm tổ hợp: trình tự chọn h  t w b f t f

Chọn chiều cao dầm (h):

hmin  h  hmax vµ h  hkt

tb min

llE

f24

5h

t

Wk

h 

trong đó:

hmax: phụ thuộc vào yêu cầu kiến trúc, thường không hạn chế

f: cường độ tính toán chịu kéo của thép làm dầm;

E = 2,1.106 daN/cm2; mô đun đàn hồi của thép;

: nghịch đảo của độ võng tương đối cho phép;

tb: hệ số vượt tải trung bình;

k: hệ số cấu tạo; k = 1,2 đối với dầm tổ hợp hàn tiết diện không đổi, k = 1,15 đối với dầm tổ hợp hàn tiết diện thay đổi

Wyc = M/(f.c): mô men kháng uốn yêu cầu của tiết diện dầm;

tw: chiều dày bản bụng dầm, khi chiều cao dầm từ 1 đến 2 m có thể chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:

1000

h7

tw  Xác định chiều dày bản bụng:

 Theo điều kiện chịu cắt:

v

max w

hf.2

V.3

t 

 Nếu không muốn đặt sườn dọc:

E

f5,5

h

tw 

 Theo yêu cầu cấu tạo: tw  8 mm

fk

3 w w yc

f f

h

212

ht2

hWt

Căn cứ vào 6 điều kiện cấu tạo sau để chọn đồng thời bf, tf:

 tf  tw để ứng suất truyền đều từ cánh đến bụng;

 tf = 12  24 mm  30 mm để tránh phát sinh ứng suất phụ lớn khi hàn cánh với bụng;



f

Et

12

c) Chi tiết liên kết đầu dầm

2 Cấu kiện cột thép

2.1 Đại cương

Khái niệm: cột là cấu kiện chủ yếu chịu nén

Tác dụng: đỡ kết cấu trên nó và truyền tải trọng từ trên xuống móng

Có 3 bộ phận chính:

 Đầu cột: đỡ kết cấu bên trên và phân phối tải trọng cho tiết diện thân cột;

 Thân cột: bộ phận chịu lực cơ bản, truyền tải trọng từ đầu cột xuống chân cột;

 Chân cột: liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng từ cột xuống móng

 Chân khớp: cột nén đúng tâm, đất yếu;

 Chân ngàm: nén lệch tâm, nén đúng tâm;

 Đầu khớp: cột nén đúng tâm, dàn tam giác;

 Đầu ngàm: thường dùng cho cột hệ khung, dàn hình thang

Độ mảnh:

x = lx / ix ; y = ly / iy

x, y: độ mảnh đối với trục x và y của tiết diện cột;

lx, ly: chiều dài tính toán đối với trục chính x và y của tiết diện cột, xác định theo công thức:

l0: chiều dài hình học của cột;

: hệ số chiều dài tính toán, phụ thuộc vào đặc điểm của tải trọng nén tác dụng

và vào sơ đồ liên kết ở đầu cột, chân cột Với cột tiết diện không đổi có sơ đồ liên kết đầu cột được xác định rõ ràng (khớp cố định, đầu tự do, ngàm, ngàm trượt) hệ số  lấy theo bảng 4.1 Các trường hợp khác xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép và các sổ tay, tài liệu chuyên ngành về kết cấu thép

 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ix = iy

 Nhược điểm: khó liên kết với các kết cấu khác, khó thỏa mãn các yêu cầu kiến trúc

Tiết diện kín

 Ưu điểm: đáp ứng yêu cầu đồng ổn định, hình thức gọn, đẹp

 Nhược điểm: không sơn được mặt bên trong

b) Chọn sơ bộ tiết diện cột đặc chịu nén đúng tâm

Diện tích yêu cầu của tiết diện cột:

c yc

f

NA

x yc gt y

y yc

lh

;

lb

Theo các yêu cầu trên chọn chọn ra kích thước cụ thể của bản cánh, bản bụng cột

2.3 Các dạng liên kết cơ bản trong cột

a) Đầu cột liên kết với xà ngang

b) Chân cột

3 Cấu kiện dàn thép

3.1 Đại cương về dàn thép

Khái niệm: dàn là một kết cấu rỗng, bao gồm các thanh quy tụ và liên kết với nhau tại nút Liên kết trong dàn thường dùng: hàn, bu lông hoặc đinh tán (hàn dùng phổ biến hơn)

Tác dụng: vượt qua nhịp và chụi tải trọng đặt trên nó và truyền xuống kết cấu bên dưới

Đặc điểm: nội lực trong dàn chủ yếu là lực trục (kéo, nén) nên tiết kiệm vật liệu, nhẹ và cứng hơn dầm nhiều

a) Phân loại

Theo công dụng: dàn đỡ mái nhà dân dụng và công nghiệp (vì kèo), dàn cầu, dàn cầu trục, tháp trụ, cột điện, dàn khoan,

Theo cấu tạo các thanh dàn:

 Dàn nhẹ: nội lực trong các thanh nhỏ, các thanh được cấu tạo từ một thép góc hoặc một thép tròn Ví dụ: dàn mái nhà dân, nhà kho nhỏ, …