Bài giảng Kết cấu thép gỗ: Chương 1 - ĐH Kiến Trúc Hà Nội

Bài giảng Kết cấu thép gỗ: Chương 1 Cơ sở thiết kế kết cấu thép cung cấp cho người học những kiến thức như: Đại cương về kết cấu thép; Phương pháp luyện thép; Phân loại theo mức độ khử ôxy; Cấu trúc và thành phần hóa học của thép; Số hiệu thép xây dựng; Các tính chất cơ học của thép;...Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI GIẢNG

KẾT CẤU THÉP GỖ

1 Thời lượng môn học: 3 tín chỉ

 Số tín chỉ lý thuyết: 2

 Số tín chỉ tự học: 1

2 Hình thức thi:

Thi 1 lần Thi trắc nghiệm chung toàn khóa

3 Tiêu chuẩn đánh giá kết quả học phần:

 Điểm quá trình: 20% Điểm danh: 5/10

Kiểm tra : 5/10

 Điểm thi : 80%

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP CHƯƠNG 3 - LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

1.1 Đại cương về kết cấu thép

Khái niệm

Kết cấu thép là kết cấu của công trình xây dựng bằng thép hoặc bằng kim loại khác

1 Ưu điểm

 Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao

 Trọng lượng nhẹ

 Có tính công nghiệp hóa cao

 Có tính cơ động trong vận chuyển lắp ráp

Phạm vi ứng dụng

 Nhà công nghiệp

 Nhà nhịp lớn

 Bể chứa

Tháp thép Nhà cao tầng

Cầu thép

Kết cấu cầu di động

Phạm vi ứng dụng

 Nhà công nghiệp

 Nhà nhịp lớn

 Khung nhà nhiều tầng

 Cầu đường bộ, đường sắt

 Kết cấu tháp cao: cột điện, ăng ten vô tuyến

 Kết cấu bản: Bể chứa dầu, bể chứa khí

 Các loại kết cấu di dộng: Cần trục, cửa van,gương ăng ten parabol

1 Yêu cầu về sử dụng

Đảm bảo độ bền, độ cứng, độ ổn định, độ bền lâu và thẩm mỹ

2 Yêu cầu về kinh tế: (Giá thành thấp)

Tiết kiệm vật liệu, tính công nghệ khi chế tạo, lắp ráp nhanh

Vật liệu sử dụng trong kết cấu thép

Thép = Fe + C + Hợp kim + Tạp chất

Một số hình ảnh lò luyện thép

Cán thép sợi

Cán thép

Cán nóng thép hình

• Thép hợp kim thấp (% kim loại khác < 2,5%) được dùng trong xây dựng

• Thép hợp kim vừa và cao: Không được dùng trong kết cấu xây dựng

• Lò bằng (Martin)

• Lò quay cải tiến

3 Phân loại theo mức độ khử ôxy

• Thép sôi

• Thép tĩnh

• Thép nửa tĩnh

Cấu trúc và thành phần hóa học của thép

1 Cấu trúc:

Thép có cấu trúc tinh thể, bao gồm:

- Hạt pherit: (Fe) có tính dẻo, mềm chiếm 99% trong lượng thép

- Màng xementit: (Fe3C) có tính chất cứng và giòn

- Màng peclit: do xementit hỗn hợp với ferit tạo thành

2 Thành phần hoá học: gồm có Fe và C

- Mn: làm tăng cường độ, tăng độ dai (%Mn > 1,5% thép trở nên giòn)

- P: làm giảm tính dẻo và độ dai của thép

- S: Làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao, dễ bị nứt khi hàn và rèn

- Đối với thép hợp kim, đưa thêm vào các nguyên tố kim loại như

Cu, Ni, Cr, Ti tăng tính năng cơ học, tăng độ bền chống gỉ của thép

- Ôxy, Nitơ làm thép bị giòn, giảm cường độ

Số hiệu thép xây dựng

1 Thép các bon thấp cường độ thường

- Thép cácbon thấp, giới hạn chảy không quá 360 MPa

38

Giới hạn bền daN/cm2

- Thép các bon thấp qua nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp, giới hạn chảy không quá 400 MPa, giới hạn bền 450-540 MPa

- Số hiệu thường dùng:

09Mn2,14Mn2,16Mn2Si, 09Mn2Si, 10Mn2Si1, 10CrSiNiCu

- Ý nghĩa kí hiệu:

Hai chữ số đầu chỉ phần vạn hàm lượng cácbon

Các chữ cái chỉ tên hợp kim có trong thép

Các chữ số đứng sau tên hợp kim chỉ % hàm lượng hợp kim (nếu hàm lượng  1%)

giới hạn bền trên 590 MPa

- Số hiệu thường dùng: 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV

- Ý nghĩa kí hiệu: N - nitơ, Mo - môlípđen, V - vanađi

Các tính chất cơ học của thép

Sự làm việc chịu kéo - Dạng làm việc cơ bản

 OA' - Giai đoạn đàn hồi: Bỏ lực, mẫu thép trở lại hình dạng ban

đầu

OA - Giai đoạn tỉ lệ: biểu đồ là đoạn thẳng,  -  có quan hệ tỉ lệ,

tuân theo định luật Húc

AA' - đồ thị hơi cong đi, không còn quan hệ tỉ lệ, nhưng thép vẫn làm việc đàn hồi

 A'B - Giai đoạn đàn hồi dẻo: Biểu đồ là đường cong rõ rệt, thép

không còn làm việc đàn hồi

 BC - Giai đoạn chảy dẻo: Là đoạn thẳng nằm ngang Biến dạng

tăng khi P không đổi đoạn BC gọi là thềm chảy

 CD - Giai đoạn củng cố: Biểu đồ là đường cong thoải Lực tăng,

biến dạng tăng nhanh Mẫu thép bị thắt lại, tiết diện thu nhỏ và bị kéo đứt tại D

đoạn đàn hồi thép chuyển ngay sang giai đoạn củng cố Vì vậy, giới hạn chảy là quy ước và lấy bằng ứng suất khi biến dạng dư đạt giá

trị 0,2%

Các đặc trưng cơ học chủ yếu

 c – Giới hạn chảy: Cường độ

 b – Giới hạn bền: Hệ số an toàn

 0 – Độ giãn dài khi đứt: Dấu hiệu báo sự phá hoại

Sự làm việc chịu nén

 Tương tự như chịu kéo, có cùng tl ,c và E

 Trong giai đoạn củng cố không xác định được giới hạn bền ở thép cácbon thấp (mẫu thép bị phình to ra và vẫn tiếp tục chịu được tải trọng)

 Trong giai đoạn làm việc đàn hồi hoặc đàn hồi dẻo, các đặc trưng

cơ học tính toán của thép chịu nén lấy giống chịu kéo

nứt, xảy ra đột ngột khi kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi Một số nguyên nhân gây phá hoại giòn:

• Sự biến cứng nguội

• Sự tập trung ứng suất

• Sự mỏi của thép

• Sự lão hoá

,

1 Thép góc

- Dùng làm thanh chịu lực như thanh

chống, thanh dàn hoặc dùng làm cấu

kiện liên kết các kết cấu khác

- Có hai loại : đều cánh và lệch cánh

- Kí hiệu :

Ví dụ : Thép đều cánh L 50x50x5,

thép lệch cánh L 63x40x4

- Chiều dài l = 4 – 13 m

- Dùng làm dầm, làm cột

- Có tất cả 23 loại chiều cao từ 100 – 600 mm

- Kí hiệu : Ví dụ : I 30

Chiều dài l = 4 – 13 m

 Nhẹ hơn nhiều so với thép hình

 Hiện tượng tập trung ứng suất và phá hoại giòn

Thép Z và C dập nguội

§ 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

I Phương pháp trạng thái giới hạn

1 Trạng thái giới hạn I - khả năng chịu lực (cường độ, ổn định)

N  S

N - Tải trọng, nội lực, ứng suất (tải trọng tính toán)

S - Tải trọng cho phép, nội lực giới hạn, cường độ

2 Trạng thái giới hạn II - Biến dạng

- Tải trọng thường xuyên : Trọng lượng kết cấu, đất

- Tải trọng tạm thời:

• Ngắn hạn: Con người, gió

• Dài hạn: Thiết bị (quạt, bàn ghế…)

• Đặc biệt: Động đất, nổ…

2 Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán

- Tải trọng tiêu chuẩn Pc: xác lập trên cơ sở thống kê

- Tải trọng tính toán P: xét đến sự biến thiên của tải trọng do những sai lệch ngẫu nhiên khác với điều kiện sử dụng bình thường

III Cường độ tiêu chuẩn và tính toán

Cường độ chịu kéo xem bảng 1.1, 1.2 phụ lục 1 trang 284 Cường độ khác xem bảng 1.2 trang 38

Tải trọng p  2 kN/m2  p = 1,2 Tải trọng gió : p = 1,2

TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CƠ BẢN

I Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

.

f A

max f W





c v w

t

S V

)3(

c n

1

.

f W

2 1

td    3   1 , 15 f 



)4(

)5(

)6(

IV Cấu kiện chịu (kéo) nén lệch tâm

1 Kiểm tra bền

Cấu kiện chịu kéo hoặc cấu kiện chịu nén có me>20

 Không biến dạng dẻo:

n

.

f W

M A

1

f W c

M

f A

N

c n

x

2 3

c n

y

A c







2 Kiểm tra ổn định

-  : là hệ số uốn dọc, tra bảng theo ( , f )

c n

.

f A

)8(