KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN HOẶC KÉO XOẮN ĐỒNG THỜI CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN DÙNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

13 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA LIÊN KẾT T-SUB CỦA MỘT SỐ TÁC GIẢ .... 21 CHƯƠNG III MÔ HÌNH MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ XÉT ỨNG SỬ CỦA BU LÔNG, MẶT BÍCH VÀ ỐNG THÉP KHI CHỊU KÉO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học : TS LÊ ANH TUẤN

ĐÀ NẴNG - NĂM 2017

Tên tôi là: Trịnh Hồng Vi l họ vi n l p o họ huy n ng nh X y ng

C ng tr nh D n ụng v C ng nghiệp kh 31 ủ Đ i họ Đ Nẵng

T i ượ Đ i họ Đ Nẵng ho ph p l m lu n v n tốt nghiệp ư i s

hư ng n h nh ủ TS Lê Anh Tuấn v i ề t i:

“KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN HOẶC KÉO XOẮN ĐỒNG THỜI CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN DÙNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG”

T i xin m o n y l ng tr nh nghi n ứu ủ ri ng t i Cá số liệu kết quả n u trong lu n v n l trung th v hư từng ượ i ng bố trong bất

ứ ng tr nh n o khá

Người m o n

Trịnh Hồng Vi

Họ vi n: TRỊNH HỒNG VI Chuy n ng nh: X y D ng DD&CN

Mã số: 60 58 02 08 Kh :K31Trường Đ i họ Bá h kho - ĐHĐN

Tóm tắt – Việ nghi n ứu về s l m việ ồng thời ủ bu lông, mặt b h và

ống th p hư ượ ề p nhiều trong á thiết kế Do trong th tế ã xảy r những s ố phá ho i t i li n kết n y nhiều nguy n nh n l o hư x t tá ụng ồng thời ủ tải trọng m hỉ x t á yếu tố tá ụng ơn thuần

Tùy v o tỉ lệ k h thư ủ bu lông, mặt b h v ống th p ta có 3 mô hình phá hủy: Mặt b h ống th p quá y phá ho i xảy r ở bu lông; Mặt b h ống th p quá mỏng phá ho i xảy r ở mặt b h h y ống th p; phá ho i ồng thời ở bu lông, Mặt bích v ống th p

Lu n v n nhằm ư r mối qu n hệ giữ l k o trong ấu kiện v k o ọ trong

Bu lông v kiến nghị n n ho tỉ lệ giữ k h thư giữ ường k nh th n bu lông bề

y bản th p v ống th p ể ảm bảo kết ấu l m việ tốt v tiết kiệm v t liệu

Từ khóa– Mặt bích; L k o trong bu lông; Mối nối hịu l k o xoắn ồng

thời; Li n kết trượt m sát

SURVEY THE WORK SUBJECT TO TWISTING OR PULLING TWISTING

AT THE SAME TIME OF THE ROUND STEEL PIPE CONNECTION USE THE FLANGE AND BOLTS

Abstract- Survey of work at the time of Bolts, Flange and steel pipe have not

been mentioned much so that in fact did happen the destructive incidents in this connect, many causes is not considering the effect pf the load at the same time that just the simple effects element

Depending on the ratio of the size of Bolt, Flange and steel pipe, We have three models destroy: Flange, steel pipe are too thick, destroy happened in Bolts; Flange, steel pipe are too thin, destroy happened in Flange or steel pipe; destroy at the same time in Bolts, Flange and steel pipe

The article aims to bring out the relationship between the tension in steel pipe and pulling along in the Bolts and recommendations should choose the ratio of the size between diameter bolts, Thick Flange and steel pipe to ensure good ork structure and material saving

Key words– Flange; pulling along in the Boil; Bearing joints pulling twisting at

the same time; Links sliding friction; High strength bolts; Model destroy

1 Lý o họn ề t i 1

2 Mụ ti u nghi n ứu 3

3 Đối tượng v ph m vi nghi n ứu 3

4 Nội ung nghi n ứu: 4

5 Phương pháp nghi n ứu: 4

6 Cấu trú lu n v n 6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT BU LÔNG 7

1.1 Gi i thiệu về Bu lông v li n kết Bu lông 7

1 1 1 Gi i thiệu về Bu lông 7

1.1.2 Phân Lo i Bu lông 7

1.1.3 Gi i thiệu về li n kết Bu lông 9

1.2 S l m việ ủ li n kết Bu lông v khả n ng hịu l ủ Bu lông 11

1 2 1 S l m vi hịu trượt ủ li n kết Bu lông th thường v Bu lông tinh 11

1.2.2 S làm việc chịu trượt của Bu lông ường ộ cao 12

1.2.3 S làm việc của Bu lông khi chịu kéo 13

1 3 Sơ lượ về mối nối ống th p tròn sử ụng mặt b h và Bu lông 13

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA LIÊN KẾT T-SUB CỦA MỘT SỐ TÁC GIẢ 15

2 1 M h nh phá hủy o Petersen ề xuất 15

2 2 M h nh ủ Sei el 16

2 3 M h nh ường 3 o n ủ S hmit -Neuper 17

2 4 Ứng xử ủ Bu lông hịu trượt 20

2 4 1 Thiết kế khả n ng hịu l ủ li n kết bu lông hịu l trượt m sát 20

2 4 2 M h nh tr ng thái phá hủy 21

CHƯƠNG III MÔ HÌNH MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ XÉT ỨNG SỬ CỦA BU LÔNG, MẶT BÍCH VÀ ỐNG THÉP KHI CHỊU KÉO, XOẮN, KÉO XOẮN ĐỒNG THỜI 23

3 1 M phỏng m h nh phần tử hữu h n 23

3 1 1 Lo i bu lông 23

3 1 2 Lo i phần tử 23

3 3 1 M phỏng m u 1 k h thư 165 2x4 hịu k o k o xoắn ồng thời 31

3 3 2 M phỏng m u 2 k h thư 267 4x6 hịu k o k o xoắn 41

3 3 3 M phỏng m u 3 k h thư 355,6 * 9,5 hịu k o k o xoắn 50

3.4 Đề xuất quy tr nh thiết kế ho li n kết li n kết ống th p bằng mặt b h và bu lông hịu xoắn k o xoắn ồng thời 61

3 5 Kết lu n hương 3 .62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

1 Kết lu n 62

2 Kiến nghị 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

2.1 B m h nh phá hủy ủ Petersen trong li n kết T-stub 17 2.2 Qu n hệ phi tuyến giữ ngo i l v l ọ trong bu lông 18

2.3 Biểu ồ qu n hệ giữ l k o v l ọ trong bu lông do

3.7 Qu n hệ giữ l ọ Tp trong bu lông v l k o Ts so sánh

3.8 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 1 34

3.9 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 2 34 3.10 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 3 35 3.11 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 36 3.12 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 36 3.13 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 37 3.14 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 4 37 3.15 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p 4 trường hợp 38 3.16 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 39 3.17 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 40 3.18 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 40 3.19 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 4 41 3.20 Biểu đồ ứng suất trong Bu lông và ống thép 4 trường hợp 42 3.21 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 1 44 3.22 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 2 44 3.23 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 3 45 3.24 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 46 3.25 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 46 3.26 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 47 3.27 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trong 4 trường hợp 47 3.28 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 49 3.29 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 49 3.30 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 50 3.31 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 4 50 3.32 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p 4 trường hợp 51 3.33 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 1 53 3.34 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 2 53 3.35 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trường hợp 3 54 3.36 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 55 3.37 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 55

3.38 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 56 3.39 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 4 56 3.40 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trong 4 trường hợp 57 3.41 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 1 59 3.42 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 2 59 3.43 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 3 60 3.44 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trường hợp 4 60 3.45 Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trong 4 trường hợp 61

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện n y trong nư v tr n thế gi i á kết ấu ng ống thép tròn ượ sử

dụng rộng rãi ho nhiều lo i kết ấu khá nh u như Tháp truyền h nh Cần trụ tháp

h y trong á thiết bị n ng h tải trọng l n th á th nh bi n ủ á kết ấu n y ều

sử ụng l á th nh th p ống tròn rỗng Bởi ưu iểm ủ tiết iện ống tròn l khả

n ng hịu l theo mọi hư ng l như nh u giúp ho kết ấu ổn ịnh hơn so v i á tiết

iện ùng iện t h mặt ắt ng ng tối ưu nhất ể giảm thiểu tá ộng ủ tải trọng gi

v giảm ượ trọng lượng bản th n kết ấu

Tháp truyền h nh ở khánh hò Trụ ột ng vi n F nt sy king om

Cần trụ tháp bánh lốp Tháp truyền h nh N m ịnh ( hư ổ)

Để t o r những khẩu ộ l n áp ứng từng y u ầu th á ống th p n y ượ

nối l i v i nh u Hiện nay phương pháp nối bằng mặt b h sử ụng bu lông ường ộ

o ượ áp ụng rộng rãi Tuy nhi n việ nghi n ứu về s l m việ ồng thời ủ bu

lông, mặt b h v ống th p hư ượ ề p nhiều trong á thiết kế Do trong

th tế ã xảy r những s ố phá ho i t i li n kết n y nhiều nguy n nh n l o hư

x t tá ụng ồng thời ủ tải trọng m hỉ x t á yếu tố tá ụng ơn thuần v s

t nh toán hư thấu áo á li n kết n y ng y ả trong t i liệu quy huẩn về thiết kế mối nối ối ầu ống th p tròn bằng mặt b h Eurocode 3(1-8) hoặ AISC v n hỉ nhắ

ến t nh toán v khảo sát ấu kiện n y một á h sơ s i

Một số h nh ảnh s p ổ ủ ần trụ tháp v tháp truyền h nh

Để giải quyết vấn ề m phỏng s l m việ ủ mối nối n y khi hịu tá ụng ủ ồng thời á tải trọng lu n v n sử ụng phần mềm Abaqus Abaqus l phần mềm huy n về t nh toán m phỏng ng ủ hãng Simulia thuộ t p o n D ss ult Systeme (Pháp) l một bộ phần mền l n ùng ể m phỏng công trình, kết ấu

tr n phương pháp phần tử hữu h n ph m vi giải quyết vấn ề ủ n từ ph n t h tuyến t nh tương ối ơn giản ến vấn ề m phỏng phi tuyến phứ t p Abaqus có kho phần tử phong phú thể m phỏng h nh ng bất kỳ Đồng thời kho m h nh v t liệu thể m phỏng i số t nh n ng v t liệu kết ấu iển h nh trong b o gồm kim lo i o su v t liệu o ph n tử v t liệu phứ hợp b t ng ốt th p … Abaqus

kh ng hỉ giải quyết vấn ề trong ph n t h kết ấu (ứng suất huyển vị) vần khả

n ng m phỏng v nghi n ứu vấn ề trong lĩnh v khá như truyền d n nhiệt ph n

t h m th nh iện tử ph n t h ơ họ m i trường iện áp

V v y ề t i n y sẽ m phỏng ứng xử ủ bu lông, mặt b h v ống th p trong trường hợp hịu k o xoắn v k o xoắn ồng thời trong phần mềm Abaqus ể t m r mối li n hệ giữ bu lông, mặt b h v ống th p v kiến nghị á tỷ lệ k h thư hợp lý cho bu lông , mặt b h v ống th p

2 Mục tiêu nghiên cứu

- M phỏng ứng xử th tế ủ mối nối ối ầu bằng mặt b h ngoài và bu

lông ư i tá ộng ủ l xoắn v k o xoắn ồng thời bằng m phỏng FEM (Sử ụng phần mềm Abaqus)

- Kiến nghị một số tỷ lệ k h thư hợp lý ho bu lông v bảng mã trong trường hợp li n kết hịu xoắn v k o xoắn ồng thời

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghi n ứu hư ng ến ủ ề t i l li n kết ấu ầu ống th p tròn

bằng bu lông và mặt b h ngo i trong th nh bi n ủ kết ấu tháp th p ( M phỏng FEM) Đề t i qu n t m ến ối tượng ụ thể s u:

+ Cá iều kiện hịu l khá nh u ( Xoắn k o xoắn ồng thời) ượ xem x t trong trường hợp l tĩnh (m phỏng FEM)

+ Cá m phỏng FEM sử ụng phần mềm Abaqus v i 3 m u k h thư s u

TT Đường kính ống

dixti (mmxmm)

Chiều dày mặt bích

tf (mm)

Đường kính

Bu lông (mm)

Số lượng

Bu lông tối thiểu

e1 (mm)

e2 (mm)

4 Nội dung nghiên cứu:

- M phỏng FEM v i li n kết cho 1 bu lông và mặt b h (tứ l ắt r 1 phần

li n kết hứ hỉ 1 bu lông và mặt b h) tương ứng ng h nh L Khảo sát s l m việ

ủ bu lông và mặt b h ư i tá ụng ủ l k o; Đối hiếu so sánh á kết quả thu

ượ v i á nghi n ứu trư ( M h nh ơ hế phá hủy ủ Petersen mối li n hệ phi tuyến ủ l ọ trong bu lông và l k o trong ống th p ủ Sei el ); Nhằm khẳng ịnh t nh úng ắn t nh úng ắn ủ m h nh

- Khảo sát s l m việ trong kết ấu ầy ủ ư i á iều kiện hịu l từ ơn giản ến phứ t p ( xoắn thuần túy v k o xoắn ồng thời);

- Đề xuất hỉ n á quy tr nh thiết kế Kiến nghị á tỉ lệ k h thư hợp lý

ủ á th ng số li n kết ( Tỉ lệ giữ ường k nh bu lông v hiều y bản mã hiều

y bản mã v hiều y ống th p)

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp mô phỏng FEM

+ M phỏng FEM li n kết ủ một bu lông ri ng lẽ ượ tá h r từ li n kết

ủ mối nối ( sơ ồ giống như 2 th p hữ L li n kết bởi 1 Bu lông)

M h nh li n kết ơn lẽ ủ một v mặt bích ng L Kết quả m phỏng sẽ ƣợ ối hiếu v i kiểm hứng v i lý thuyết về ơ hế phá hủy ủ Petersen (1990) ối v i bu lông và mặt b h ũng nhƣ qu n hệ phi tuyến

ủ l ọ trong bu lông v l k o trong ống th p th n tháp ủ Sei el (2001) phát biểu nhằm kiểm hứng m phỏng FEM tr n v xem x t qui lu t trong ứng xử ủ một bu lông v phần tử mặt b h;

M h nh to n bộ mối nối li n kết (th tế v m phỏng Abaqus) + Phát triển m phỏng ho ả li n kết giữ 2 mo un v khảo sát khi s l m việ chung ƣ i tá ụng ủ tải trọng từ ơn giản ến phứ t p ( xoắn thuần túy k o xoắn ồng thời) Từ rút r qui lu t ứng xử ủ bu lông và mặt b h

+ X y ng ng thứ qui tr nh t nh toán ho kiểm tr ể kiểm soát ƣợ ứng xử v thiết kế ho ấu kiện li n kết ối ầu ống th p bằng bu lông và mặt b h ngo i ủ tháp th p Đề xuất á k h thƣ tỉ lệ ủ á th ng số li n kết

6 Cấu trúc luận văn

Nội ung ơ bản ủ lu n v n như s u:

Mở đầu

1 L o họn ề t i

2 Mụ ti u nghi n ứu ủ ề t i

3 Đối tượng v ph m vi nghi n ứu

4 Nội ung nghi n ứu

5 Phương pháp nghi n ứu

Chương 1: Tổng quan về liên kết Bu lông

1.1 Gi i thiệu về bu lông v li n kết bu lông

1 2 S l m việ ủ li n kết bằng bu lông v khả n ng hịu l ủ bu lông 1.3 Sơ lượ về mối nối ống th p tròn sử ụng mặt b h và bu lông

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán của liên kết T-stub của một số tác giả

2 1 M h nh phá hủy ủ Petersen

2 2 M h nh ủ Sei el

2 3 M h nh ường 3 o n ủ S hmit -Neuper

Chương 3: Mô hình một số trường hợp cụ thể để xét ứng sử của bu lông, mặt bích

và ống thép khi chịu xoắn hoặc kéo xoắn đồng thời

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT BU LÔNG

1.1 Giới thiệu về bu lông và liên kết bu lông

1.1.1 Giới thiệu về bu lông

Bu lông l một ấu kiện ượ ùng ể li n kết á hi tiết th nh hệ thống khối khung gi n Một bộ bu lông thường gồm th n bu lông i ố ( u) v long en

Nguy n lý l m việ ủ bu lông l v o s m sát giữ á vòng ren ủ bu lông v i ố ( u) ể kẹp hặt á hi tiết l i v i nh u

Phần ầu bu lông nhiều h nh ng khá nh u phụ vụ ho á mụ h khá

nh u như: Bu lông ầu lụ giá Bu lông ầu vòng Bu lông ầu ánh huồn… Nhưng thông ụng v phổ biến nhất l lo i bu lông ầu lụ giá

Hình 1.1 Bu lông hình lục giác; Bu lông đầu tròn; Bu lông đầu cánh bướm

1.1.2 Phân loại bu lông

Tùy v o mụ h sử ụng y u ầu li n kết y u ầu về ường ộ v ộ bền…

Bu lông thể hi r l m nhiều lo i khá nh u:

1.1.2.1 Theo vật liệu chế tạo

 Bu lông ượ hế t o từ th p bon th p hợp kim: Đượ sử ụng phổ biến trong ng nh x y ng n ụng v ng nghiệp Ng nh thi ng lắp ng nh th p tiền hế ũng sử ụng lo i n y Lo i n y ưu iểm rẻ ễ gi ng hế t o nhưng nhượ iểm l ộ bền trong m i trường kh ng o ễ h n gỉ

 Bu lông ượ hế t o từ th p kh ng gỉ ( INOX): Đ y l lo i bu lông khả

n ng hống n mòn h họ h y n mòn iện h từ m i trường Cá lo i Inox thường dùng là INOX 201, INOX 304, INOX 316, INOX 316L

 Bu lông ượ hế t o từ á kim lo i m u hợp kim m u: Đồng nh m kẽm: Lo i bu lông n y ượ sản xuất từ hủ yểu ể áp ứng nhu ầu ủ á ng nh

ng nghiệp ặ thù: ng nh iện hế t o máy b y sản xuất …

1.1.2.2 Phân loại theo đặc tính chống ăn mòn

Vì bu lông ượ ùng ể li n kết á ấu kiện l i v i nh u n n ảm bảo ộ bền

ủ bu lông hống l i s n mòn h n gỉ ủ thời tiết l rất qu n trọng Một hi ph

kh ng nhỏ trong ng nh hế t o bu lông là tìm ra các giải pháp ể bảo vệ bu lông hống

l i s phá hủy ủ thời tiết v m i trường D v o ặ t nh n y bu lông thể ph n

hi r á lo i:

Bu lông thường: Đượ ùng ho bu lông m ng trong lắp ng nhà khung thép,

o phần l n th n bu lông nằm trong b t ng m ng nhằm mụ h li n kết hệ kết ấu

b n tr n v i hệ kết ấu m ng bằng b t ng t th p ổ t i hỗ

Bu lông en: ùng hủ yếu trong li n kết á hi tiết máy ượ bảo vệ hống

h n giri bởi l p ầu mỡ

Bu lông m kẽm iện ph n Bu lông m kẽm nhúng n ng: Dùng nhiều ho Bu lông li n kết nh khung th p

Bu lông INOX: Dùng hủ yếu ho á hi tiết y u ầu tuyệt ối kh ng h n gỉ

ảm bảo ộ thẩm mỹ o trong quá tr nh sử ụng

1.1.2.3 Phân loại theo phương pháp chế tạo và yêu cầu chính xác khi gia công

Bu lông thô: Đượ hế t o từ th p tròn ầu bu lông ượ p nguội hoặ p

n ng hoặ rèn phần ren ượ tiện hoặ án Do sản xuất thủ ng n n ộ h nh xá

k m ượ ùng trong á hi tiết li n kế kh ng qu n trọng hoặ trong á kết ấu bằng gỗ

Bu lông nử tinh: Đượ hế t o tương t bu lông th nhưng ượ gi ng th m phần ầu bu lông v á bề mặt tr n mũ ể lo i bỏ b vi

Bu lông tinh: Đượ hế t o ơ kh v i ộ h nh xá o Bu lông lo i n y ược ứng ụng rộng rãi trong á ng nh ng nghiệp

1.1.2.4 Phân theo chức năng làm việc

Bu lông neo: Đượ sử ụng ể li n kết hệ kết ấu b n tr n v i hệ kết ấu m ng

b t ng ốt th p Bu lông neo ượ ặt sẵn v o trong m ng trư khi ổ b t ng Bu lông neo thường ùng á lo i ường k nh M22 trở l n

Hình 1.3 Bu lông móng

1.1.2.5 Phân loại theo cường độ chịu lực của Bu lông ( cấp độ bền)

Tùy v o y u ầu khả n ng hịu l m người t sản xuất nhiều lo i Bu lông v i

á khả n ng hịu l khá nh u

V ụ ấp bền 4 6; ấp bền 5 8; ấp bền 6 5; ấp bền 8 8; ấp bền 10 9

1.1.3 Giới thiệu về liên kết Bu lông

Tùy cấu t o mà có liên kết ối ầu có bản ghép hoặc liên kết ghép chồng

1.1.3.1 Đối với thép tấm

Có thể dùng liên kết ối ầu có hai bản ghép (Hình 1.4a) hay có 1 bản ghép (Hình 1.4b) hoặc dùng liên kết chồng (Hình 1.4c)

Hình 1.4 Các loại liên kết đối đầu

Liên kết có hai bản ghép ối xứng nên truyền l c tốt, liên kết có 1 bản ghép và liên kết chồng có s lệch tâm nên chịu momen uốn phụ vì v y số bu lông cần t ng 10%

so v i tính toán

Khi n i ối ầu hai bản thép có chiều dày khác nhau cần có thêm bản ệm số bu lông có bản ệm cần t ng 10% so v i tính toán

Liên kết chồng có cấu t o ồi xứng nên làm việc tốt hơn Khi th p h nh ấu

t o kh ng ối xứng cần t ng số lương Bu lông l n 10% ể kể ến lệch tâm

Hình 1.5 Liên kết thép hình bằng Bu lông

1.1.3.3 Bố trí bu lông

Việc bố trí bu lông phải ảm bảo yêu cầu truyền l c tốt, cấu t o ơn giản và dễ chế t o

Hình 1.6 Bố trí Bu lông

1.2 Sự làm việc của liên kết bu lông và khả năng chịu lực của bu lông

1.2.1 Sự làm viêc chịu trượt của liên kết bu lông thô, thường và bu lông tinh 1.2.1.1 Các giai đoạn làm việc

Do vặn u n n bu lông hịu k o v á bản th p bị xiết hặt giữa mặt tiếp xú

ủ á bản th p h nh th nh l m sát Tuy nhi n l m sát n y ko ủ l n ể ho n

to n tiếp nh n l trượt o tải trọng ngo i g y n n khi hịu l trượt s l m việ ủ

á lo i bu lông này hi l m 4 gi i o n:

 Gi i o n 1: L trượt o ngo i l g y r òn nhỏ hơn so v i l m sát á bản th p hư bị trượt Bu lông hư hịu ngo i l k o b n ầu( H nh 1 7a)

 Gi i o n 2: T ng tải trọng ngo i l trượt bắt ầu l n hơn l m sát á bản

th p trượt tương ối v i nh u th n bu lông tỳ sát v o th nh lỗ ( H nh 1 7b)

 Gi i o n 3: Trong gi i o n n y l trượt truyền qu li n kết hủ yếu bằng s

p ủ th n bu lông l n th nh lỗ Th n bu lông hịu ắt uốn v k o ( o mũ bu lông ng n ản s uốn t so ủ th n bu lông)

 Gi i o n 4: L trượt t ng tiếp ộ hặt ủ li n kết giảm ần l m sát yếu

i li n kết huyển s ng l m việ trong gi i o n ẻo Li n kết thể bị phá phá

ho i o ắt ng ng th n inh hoặ ứt bản th p giữ h i lỗ bu lông hoặ từ lỗ bu lông ến m p bản th p o áp l p mặt tr n th nh lỗ g y r

Hình 1.7 Sự làm việc của liên kết Bu lông

1.2.1.2 Khả năng làm việc chịu cắt của bu lông

Khi ường k nh bu lông nhỏ hiều y bản th p y bu lông thể bị phá ho i

o ắt ngang thân

Hình 1.8 Sự phá hoại cắt ngang thân Bu lông (phá hoại do cắt)

1.2.1.3 Khả năng làm việc ép mặt của Bu lông

Nếu khoảng á h giữa á lỗ bu lông hoặ từ lỗ bu lông ến m p bản th p quá ngắn th bản th p thể bị phá ho i trượt ( ắt ứt th o một ường trượt 2-3 ) do tác ụng p mặt ủ bu lông l n th nh lỗ S p mặt n y ứng suất ụ bộ ph n bố ko

ều theo hu vi lỗ t i iểm 1 ứng suất ụ bộ l n nhất t i iểm 2 ứng suất ụ

bộ bằng 0 Đồng thời trong bản th p tồn t i á ứng suất  x, y v ũng ph n bố ko

ều ở m p lỗ s t p trung ứng suất xl n nhất

Hình 1.9 Sự làm việc ép mặt của Bu lông

1.2.2 Sự làm việc chịu trượt của bu lông cường độ cao

Trong liên kết bu lông ường ộ cao, l c ma sát giữ các bản thép tiếp nh n hoàn toàn l trượt do ngo i l c gây nên Bu lông chị chịu kéo do l c xiết chặt êcu gây nên

Hình 1.10 Sự làm việc của Bu lông cường độ cao

1.2.3 Sự làm việc của bu lông khi chịu kéo

Khi ngo i l phương song song v i thân bu lông, tác dụng lên liên kết làm tách rời các phân tố của liên kết, gây cho bu lông chịu kéo

Hình 1.11 Sự làm việc của Bu lông chịu kéo

Chất lượng của lỗ và bề mặt thân bu lông không ảnh hưởng ến khả n ng hịu kéo của Bu lông

1.3 Sơ lược về mối nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bu lông

Hiện n y trong nư v tr n thế gi i á kết ấu ng ống th p tròn ượ sử ụng rộng rãi ho nhiều lo i kết ấu khá nh u như : Trong á ng tr nh n ụng v

ng nghiệp

Trong lĩnh v Tháp truyền h nh Cần trụ tháp

Ƣu iểm :

- Mặt ắt ng ng l h nh tròn ã ho thấy l h nh ng tối ƣu nhất ể giảm thiểu tá ộng ủ tải trọng gi tải trọng s ng h y nƣ tá ộng l n kết ấu ũng nhƣ khả n ng hịu xoắn tốt

- C iện t h bề mặt nhỏ hơn so v i á kết ấu khá Điều n y l m ho hiệu quả bảo vệ hống n mòn ủ kết ấu ùng ống th p tròn t ng l n áng kể o kh ng

g nhọn tr n bề mặt ủ kết ấu

- Do mặt ắt tiết iện rỗng n n kết ấu ống th p tròn trọng lƣợng nhẹ hơn kết

ấu th p á ng mặt ắt khá

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA LIÊN KẾT T-SUB CỦA MỘT SỐ TÁC GIẢ

2.1 Mô hình phá hủy do Petersen đề xuất

Petersen (1998) ã sử ụng nghi n ứu th nghiệm v o những vấn ề ần xem

x t tr n v ã rút r ượ kiến nghị D v o m h nh ng ã phát biểu rằng ộ mỏi

Hình 2.1 Ba mô hình phá hủy của Petersen trong liên kết T-stub

M h nh phá hủy 1: Bản mã ủ ộ y kh ng biến ng xuất hiện trong m

h nh n y C nghĩ l l k o trong bản mã ảnh hưởng tr tiếp ến bu l ng v khi l

ọc trong bu l ng vượt quá gi i h n ho ph p th li n kết bị phá ho i

M h nh phá hủy 2: L ọ trong bu l ng t gi i h n ho ph p ồng thời

kh p ẻo ũng xuất hiện trong bản mã

M h nh phá hủy 3: Bản mã quá mỏng s phá ho i xảy r trong bản mã

Md: Độ bền k o ủ lỗ bu l ng tr n 1 ơn vị ộ rộng

2 yf (t xF F ) / 4



ws: Độ rộng bản th p

dh: Đường k nh lỗ bu lông

Fys: Gi i h n hảy ủ v t liệu bản ầm hi ho 1 1

Fyf: Gi i h n hảy ủ v t liệu l m bản ột hi ho 1 1

Hình 2.2 Quan hệ phi tuyến giữa ngoại lực và lực dọc trong bu lông

Sei el (2001) ã nghi n ứu phát triển một ường ặ trưng biểu iễn qu n hệ phi tuyến giữ ngo i l v l ọ trong bu lông

Vùng 1: Chư xuất hiện biến ng ngo i l tá ụng ượ gi i h n bởi ứng

2.3 Mô hình đường 3 đoạn của Schmitd-Neuper

C rất nhiều m h nh khá nh u về li n kết mặt b h ã ượ nghi n ứu suốt những n m qu Phương pháp hung l tr n nghi n ứu ủ Petersen m s u n y

ượ phát triển bởi Sei el

Bu l ng ứng l trư trong kết ống th p tròn sử ụng mặt b h và Bu lông ường ộ o thường bị mỏi Để xá ịnh ứng l k o trong bu lông ứng l trư Schmidt-Neuper ã ề xuất một biểu ồ qu n hệ giữ l k o v l ọ trong bu lông

Tp

Ts

TsII

TsIo

( - - ).

0,5.e g

 

2 8

E d s C

wo wi C

Tp: L ọ trong bu lông

Ts: L k o tá ụng v o ấu kiện

No: L k o thiết kế ủ bu lông

Tv: L k o b n ầu trong bu lông

e: Khoảng á h từ ầu bản mã ến t m bu lông

Hình 2.4 Mô hình T-stub

2.4 Ứng xử của bu lông chịu trƣợt

2.4.1 Thiết kế khả năng chịu lực của liên kết bu lông chịu lực trƣợt ma sát

ks: Hệ số lấy theo bảng 2 1 n: Số mặt trƣợt

: Hệ số m sát lấy theo bảng 2 2 Tv: L ứng l trƣ trong bu lông, = 0,7.y.Ae

y: Gi i h n hảy ủ v t liệu l m bu lông Ae: Diện t h tiết iện th n bu lông

( +3) mm x ( +10) mm ối v i bu lông M27 v l n hơn

Bu lông trong lỗ khe i

Bề mặt ƣợ l m s h bằng phun hất nổ hoặ á m ơn kiềm –

kẽm sili t v i ộ y từ 50-80 m

00,4

Bề mặt ƣợ l m s h bằng b n hải sắt hoặ lử kh ng l m s h gỉ 0

0,3

0,2

2.4.2 Mô hình trạng thái phá hủy

S phá hủy ủ li n kết th thể xảy r ở bu lông ở bản th p hoặ xảy r ồng thời ở bu lông v bản th p

M h nh phá hủy 1: Bản th p ủ ộ y l k o trong bản th p ảnh hưởng tr tiếp ến bu lông v khi l trượt trong bu lông vượt quá gi i h n ho ph p th li n kết

Hình 2.5 Sự làm việc của cấu kiện chịu trượt ma sát

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ XÉT ỨNG SỬ CỦA BU LÔNG, MẶT BÍCH VÀ ỐNG THÉP KHI CHỊU KÉO, XOẮN, KÉO XOẮN ĐỒNG THỜI

Hiện n y phương pháp ượ sử ụng rộng rãi v phổ biến l việ sử ụng á

ph n t h phần tử hữu h n y l một phương pháp thu n tiện ể nghi n ứu ứng xử

ủ á kết ấu hoặ á hi tiết ủ kết ấu N giúp ễ ng nghi n ứu á hi tiết hơn so v i kiểm tr ượ th hiện trong phòng th nghiệm như ph n bố áp l tiếp

xú hoặ ứng suất trong một tấm Những th ng số n y th rất kh v i khi kh ng thể

t ượ trong một th nghiệm

S u khi kết quả ph n t h phần tử hữu h n v i s giúp ỡ ủ một th nghiệm hoặ á phương pháp t nh toán khá sẽ l phương pháp rất hiệu quả ể nghi n ứu ứng xử ủ á kết ấu V v y tiết kiệm rất l n thời gi n v tiền b thể t ượ những kết quả nghi n ứu

Chương n y t p trung l p m h nh phần tử hữu h n v ph n t h kết quả tr n phần mềm ph n t h phần tử hữu h n Ab qus 6 10-1

3.1 Mô phỏng mô hình phần tử hữu hạn

Dùng phần mềm ph n t h phần tử hữu h n Ab qus 6 10-1 ể m h nh, phân tích

ặ trưng ủ ấu kiện ư i s tá ụng ủ l k o xoắn v k o xoắn ồng thời

T p hợp: T p hợp á phần tử bu lông ầm ột tấm l những phần tử ng khối

v i b k h thư

B t o: B t o l biến ơ bản ể t nh toán suốt quá tr nh ph n t h Trong

m phỏngứng suất/ huyển vị b t o l á huyển vị thẳng v huyển vị xo y ủ mỗi nút

Số nút - b nội suy: Chuyển vị thẳng huyển vị xo y nhiệt ộ v á b t o khá ã ượ nhắ ến trong lu n v n hỉ ượ t nh toán t i nút ủ phần tử T i những iểm khá ủ phần tử huyển vị ượ t nh toán bằng á h nội suy từ huyển

vị t i á nút Th ng thường số b nội suy phụ thuộ v o số nút trong phần tử Lu n

v n sử ụng phần tử 8 nút Phần tử á nút t i á g như h nh 3 1 sử ụng nội suy tuyến t nh (nội suy b 1) ho mỗi hư ng

6 5

2 1

Hình 3.1 Phần tử 8 nút

Phần tử khối gồm phần tử nội suy b 1 v phần tử nội suy b 2 theo 1 2 hoặ 3

k h thư Khối sáu mặt th b k h thư theo b phương Phần tử b 2 ho ộ

h nh xá o hơn phần tử b 1 m kh ng li n qu n ến tr ng thái s v h m h y biến ng Chúng giữ s t p trung ứng suất hiệu quả hơn v m h nh ặ trưng h nh

họ tốt hơn: húng thể m h nh một bề mặt ong v i số phần tử t hơn T m l i phần tử b h i th rất hiệu quả trong á vấn ề li n qu n ến bề mặt ong V v y trong lu n v n sẽ sử ụng phần tử b h i

C ng thứ t nh toán: Một ng thứ t nh toán ủ phần tử th m hiếu ến lý thuyết toán họ ùng ể ịnh nghĩ ứng xử ủ phần tử

3.2 Mô phỏng mô hình liên kết một bu lông và mặt bích (phần tử dạng L)

M phỏng m h nh phần tử hữu h n

Dùng phần mềm ph n t h phần tử hữu h n Ab qus 6 10-1 ể m h nh v ph n

t h ặ trưng ủ phần tử ng L ư i s tá ụng ủ l k o

M h nh phần tử hữu h n v k h thư bu lông

Dùng phần mềm Ab qus t o m h nh bu lông nhƣ h nh 3 2 v i k h thƣ nhƣ hình 3.3 (bu lông M20, F10T)

Hình 3.2 Mô hình bu lông M20 trong Abaqus

Hình 3.3 Mô hình chữ L trong Abaqus

Đặ trƣng v t liệu Sử ụng v t liệu n hồi – ẻo

2,55x105 kN/m2=25.5 daN/mm2

ƣợ h nhiệt ộ V á nút h i ầu ủ bu lông gắn liền v i á mặt b h, nên khi

ƣợ h nhiệt ộ bu lông sẽ t t o r một ứng l trƣ Bằng nhiều lần thử nghiệm

th húng t thể l m l nh bu lông ho ến khi bu lông t ƣợ l hƣ ng t m b n

ầu Trong lu n v n l hƣ ng t m b n ầu ƣợ ịnh nghĩ bằng ng thứ Tv=0,7xyxAe =19729daN

Gi i o n 2: Giữ nguy n l hƣ ng t m b n ầu trong bu lông v ặt l k o Ts

s truyền nhiệt giữ bu lông v á bản th p

Li n kết:

Li n kết ƣợ ùng ể khử b t o ở á nút ộ l p Khi một biến bị khử th

n kh ng thể th m hiếu trong bất kỳ iều kiện bi n n o khá

Quá tr nh ph n t h trong lu n v n li n qu n ến l hƣ ng t m trong bu lông,

l k o trong ầm th ng qu huyển vị theo trụ Y

Hình 3.6 Điều kiện biên của cấu kiện

Hệ số m sát:

Hệ số m sát ƣợ kh i báo ho á bề mặt tiếp xú : á mặt bản th p á mặt bu lông- á mặt bản th p mặt th n bu lông- mặt lỗ Hệ số m sát giữ th p-thép là 0,5