Bài giảng Kết cấu thép gỗ: Chương 3 - ĐH Kiến Trúc Hà Nội

Bài giảng Kết cấu thép gỗ: Chương 3 Liên kết trong kết cấu thép cung cấp cho người học những kiến thức như: Các phương pháp hàn trong kết cấu thép; Các loại đường hàn và cường độ tính toán; Các loại liên kết hàn và phương pháp tính toán; Ứng suất hàn và biến hình hàn; các loại bu lông dùng trong kết cấu thép; Sự làm việc của liên kết bu lông và khả năng chịu lực của bu lông; Cấu tạo liên kết bu lông; Tính toán liên kết bu lông.

A LIÊN KẾT HÀN

§ 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP

§ 2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN

§ 2.3 CÁC LOẠI LIÊN KẾT HÀN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

§ 2.4 ỨNG SUẤT HÀN VÀ BIẾN HÌNH HÀN

B LIÊN KẾT BU LÔNG

§ 2.5 CÁC LOẠI BU LÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

§ 2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BU LÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

CỦA BU LÔNG

§ 2.7 CẤU TẠO LIÊN KẾT BU LÔNG

§ 2.8 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BU LÔNG

• Kết cấu thép được chế tạo bằng cách liên kết các thép hình, thép tấm với nhau Liên kết thường dùng trong kết cấu thép là liên kết hàn, liên kết bulông hay liên kết đinh tán

• Liên kết hàn:

- Là loại liên kết phổ biến nhất

Đường hàn

- Ưu, nhược điểm của liên kết hàn:

Cấu tạo đơn giản

Khó kiểm tra chất lượng đường hàn

Không tháo lắp, khó thay thế các cấu kiện và chi tiết liên kết

Liên kết bulông

Liên kết đinh tán

- Ưu, nhược điểm của liên kết bu lông (đinh tán):

• Chịu tải trọng động tốt

• Dễ tháo lắp các cấu kiện và chi tiết: việc vận chuyển, dựng lắp, sửa chữa, thay thế, gia cường rất thuận tiện

• Không cần nguồn điện cao

• Tốn công chế tạo và tốn thép (đắt hơn liên kết hàn)

• Gây tập trung ứng suất tại lỗ khoan và gây giảm yếu tiết diện chịu lực

- Liên kết đinh tán ít dùng do chế tạo phức tạp và khó tháo lắp nên

được thay thế bằng bulông cường độ cao

§ LIÊN KẾT HÀN

1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN

Hàn hồ quang điện : là phương pháp hàn chính

- Hàn hồ quang điện bằng tay

- Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động

Hàn hơi : khi khối lượng hàn nhỏ

a) Nguyên lý hàn hồ quang điện

Que hàn nóng chảy nhỏ xuống rãnh hàn do lực hút của điện trường

(nên có thể hàn ngược)

- Hàn hồ quang điện tự động

b Que hàn:

Que hàn là thanh kim loại có bọc thuốc hàn

b Que hàn:

Que hàn là thanh kim loại có bọc thuốc hàn

Thuốc hàn là hỗn hợp bột đá và kim loại màu có tác dụng:

- Khi cháy tạo thành lớp xỉ ngăn không khí (O,N) tiếp xúc với kim loại

lỏng làm cho đường hàn trở nên giòn;

- Tăng cường sự i-ôn hoá không khí xung quanh làm hồ quang ổn định;

- Tăng độ bền của đường hàn nhờ bột của một số kim loại khác

Phân loại: que hàn được phân loại theo cường độ tức thời của kim loại đường hàn Cần chọn que hàn để cường độ của thép cơ bản và của

đường hàn xấp xỉ nhau (xem bảng 2.3a, SGK trang 39)

Que hàn Việt nam: N46, N46-6B, N50

Ý nghĩa: N - chỉ que hàn cho thép các bon và hợp kim thấp; 46 - cho đường hàn có 46 daN/mm2;

Que hàn phải chọn phù hợp với mác thép, theo bảng 2.1 trang 51

(TCXDVN: 338-2005.)

2 CÁC YÊU CẦU CHÍNH KHI HÀN

Làm sạch gỉ trên mặt rãnh hàn

Đảm bảo các qui định về gia công mép bản thép

Cường độ dòng điện phải thích hợp

Có các phương pháp phòng ngừa biến hình hàn

Chọn que hàn phù hợp

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG HÀN Kiểm tra bằng mắt

Kiểm tra bằng phương pháp vật lý : điện từ, quang tuyến, siêu âm

Kiểm tra mối hàn bằng siêu âm

1.PHÂN LOẠI

Theo công dụng: đường hàn chịu lực, đường hàn cấu tạo

Theo vị trí trong không gian: đường hàn nằm, đứng, ngược, ngang

Theo địa điểm chế tạo: đường hàn nhà máy, đường hàn công trường Theo cấu tạo: đường hàn đối đầu (thẳng góc, xiên góc), đường hàn góc (góc cạnh, góc đầu)

Theo tính liên tục: đường hàn liên tục, đường hàn không liên tục

Đường hàn đối đầu Đường hàn góc

2.SỰ LÀM VIỆC VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN

a) Đường hàn đối đầu: có 2 loại

N N

-Dùng để liên kết trực tiếp 2 cấu kiện cùng nằm trên một mặt phẳng -Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, truyền lực tốt; ít gây tập trung ứng suất trong đường hàn do đó chịu tải trọng động tốt hơn đường hàn góc;

đường hàn coi như phần kéo dài của thép cơ bản

Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu phụ thuộc vào sự chịu lực, vật liệu que hàn (dây hàn) và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

• Cấu kiện chịu nén: fwc = f (f cường độ tính toán của thép cơ bản)

• Cấu kiện chịu kéo: fwt = 0,85.f – nếu kiểm tra thường

fwt = f – nếu kiểm tra bằng pp vật lý

• Cấu kiện chịu cắt: fwv = fv

- Chiều cao đường hàn lấy bằng chiều dày bản thép

- Chiều dài đường hàn lw = l thực - 2t

b) Đường hàn góc : 2 loại ( góc cạnh và góc đầu )

ch©n ®hµn

h f

- Đường hàn liên kết 2 cấu kiện không cùng nằm trên một mặt phẳng

- Đường hàn lồi, lõm, thoải

§-êng hµn tho¶i

§-êng hµn lâm

Chiều cao đường hàn

4mm = hfmin ≤ hf ≤ hfmax = 1,2tmin

hfmin xem bản

Chiều dài đường hàn

lf = lthực - 1cm min (40mm, 4hf) ≤ lf Với đường hàn góc cạnh: lf ≤ lfmax = 85βfhf

• dọc theo kim loại đường hàn (tiết diện 1):

• dọc theo biên chảy của thép cơ bản (tiết diện 2):

fwun:cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của thép đường hàn xem bảng 2.4 trang 61 hoặc bảng 1.9 phụ lục 1 trang 304

fu:cường cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của thép cơ bản, xem bảng 1.1 phụ lục 1 trang 284

m:hệ số độ tin cậy về cường độ của mối hàn

M wun

t

cos

l.

t

sin N

Chịu mô men

2 w

2 w

td    3   1 , 15 f 



) l.

t /(

M 6 W

t /(

Q A

t

Ww  2w

Chịu mô men và lực cắt

- TH liên kết thép góc với thép bản, do lực trục lệch tâm so với các

đường hàn liên kết nên lực tác dụng lên mỗi đường hàn tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ trọng tâm đặt lực đến đường hàn đó

c wf w

f f

.

f l

h

c ws w

f s

.

f l

h

• Lực tác dụng lên đường hàn mép :

Hệ số k xem bảng 2.7 trang 68 N2  ( 1  k ). N

) f

( l

h



c ) wc ( wt bg

w

A A

w f

bg

) f

( l

h

5 ĐƯỜNG HÀN GÓC CHỊU MÔ MEN VÀ LỰC CẮT

wf

2

wf

2 V 1

2 M 1 f

A

V W

M )

( )

ws

2

ws

2 V 2

2 M 2 f

A

V W

M )

( )

3.ỨNG SUẤT HÀN VÀ BIẾN HÌNH HÀN

Biến hình hàn: là hiện tượng cấu kiện bị cong vênh sau khi hàn do ảnh

hưởng của nhiệt độ

Ứng suất hàn: là ứng suất phát sinh trong thép cơ bản và trong đường

hàn sau quá trình hàn, làm tăng khả năng phá hoại giòn của thép

Biện pháp:

Biện pháp cấu tạo:

-Giảm số lượng đường hàn đến mức tối đa có thể; tránh dùng những đường hàn không cần thiết

-Tránh dùng đường hàn quá dày vì biến hình hàn tỉ lệ thuận với khối

-Tạo biến dạng ngược trước khi hàn

-Dùng khuôn cố định không cho cấu kiện bị biến dạng khi hàn

Phần mũ, đai ốc, long đen (phân phối

áp lực đai ốc lên thép cơ bản)

Cấu tạo của bu lông

2 PHÂN LOẠI

Theo TCVN 1916-1995: Bulông, vít, vít cấy, đai ốc Yêu cầu kỹ thuật

Theo vật liệu, bulông được phân loại thành các cấp bền như sau:

- Bu lông thô ,thường, tinh: 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6

- Bu lông cường độ cao: 8.8 10.9 12.10

Chỉ tiêu Thô,

th-ờng

Tinh C-ờng độ

cao Vật liệu Thép các

bon

Thép các bon

Theo cđ

cao

PP sản xuất

Rèn, dập Tiện Rèn dập

Chất l-ợng

1 SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT CỦA BU LÔNG THÔ, THƯỜNG, TINH

a) Các giai đoạn chịu lực

- Do vặn êcu nên bu lông chịu kéo và các bản thép bị xiết chặt, giữa mặt tiếp xúc giữa các bản thép hình thành lực ma sát Khi chịu lực trượt có 4 giai đoạn:

• Gđ 1: Lực trượt < lực ma sát, các bản thép chưa bị trượt, bu lông chưa chịu tải ngoài lực kéo ban đầu

• Gđ2: Tăng tải trọng ngoài, Lực trượt >lực ma sát, các bản thép trượt tương đối lên nhau, thân bu lông tì sát vào thành lỗ

• Gđ3: Tiếp tục tăng tải trọng ngoài, bu lông ép sát thành lỗ truyền lực cho liên kết Thân bu lông chịu cắt, uốn, kéo

• Gđ4: Lực trượt càng lớn, độ chặt liên kết giảm, ma sát yếu dần Liên kết bị phá hoại do cắt ngang thân đinh hay đứt các bản thép gữa 2 bu lông do

ép mặt trên thành lỗ gây ra

b) Khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

fvb - cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông (bảng I.10, phụ lục 1, trang 304);

A - diện tích tiết diện thân bulông (phần không bị ren), lấy theo bảng bảng 2.9, trang 82

γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết, bảng 2.8, trang 82

γb = 0,9 - bulông thô, bulông thường,

γb = 1,0 - bulông tinh;

nv - số lượng mặt cắt tính toán của 1 bulông

v b vb

vb f A n ]

N

c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông:

γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết, lấy như công thức (1)

d) Khả năng chịu trượt của một bu lông thô, thường, tinh

[N]minb = min ([N]vb, [N]cb)

  N cb  d (t )min fcb b

2 SỰ LÀM VIỆC CHỊU KÉO

Bulông chịu kéo khi phương của ngoại lực tác dụng song song thân

bulông

Khả năng chịu kéo của 1 bulông :

ftb - cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông, tra bảng I.10, phụ lục 1, trang 304

Abn - diện tích tiết diện thực của thân bulông, tra bảng 2.9, trang

82

  N tb  ftb Abn

CẤU TẠO LIÊN KẾT BU LÔNG

1 CÁC HÌNH THỨC CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BU LÔNG

LK bulông dùng để liên kết thép bản, thép hình, thép bản với thép hình

2 Một số yêu cầu cấu tạo

Trong phạm vi một cấu kiện nên dùng một loại đường kính

Số lượng bulông tối thiểu trong liên kết chịu lực là 2

Cần bố trí bulông để liên kết truyền lực tốt, cấu tạo đơn giản, dễ chế

tạo

Khi cấu tạo liên kết nên bố trí đối xứng

Thường bố trí bulông kiểu song song hoặc so le

Khoảng cách bố trí bulông phải tuân thủ quy định

Với thép hình (L,C,I): vị trí của các lỗ bulông được quy định sẵn

(xem các bảng quy cách trong các tài liệu chuyên ngành thép)

Trong các liên kết có bản ghép đặt một phía hoặc liên kết chồng không đối xứng cần tăng số lượng bulông lên 10% so với tính toán

Khi liên kết các thép tấm có bề dày chênh lệch không quá 3mm phải

mài vát bản dày hơn (i=1:10 ) Nếu chênh lệch quá 3mm phải dùng bản

đệm cùng loại thép và cần tăng số lượng bulông so với tính toán lên

10% về phía bản đệm Nếu dùng bulông cường độ cao thì trong thiết kế

phải chỉ rõ phương pháp gia công bề mặt

-Chọn bulông: loại bulông ; đường kính bulông (thường chọn d=2030)

- Xác định khả năng chịu lực của 1 bulông: [N]minb, [N]hb

- Chọn kích thước các bản ghép: Abg  A

-Xác định số lượng bulông cần thiết ở 1 phía liên kết:

• Bulông thô, thường, tinh:

• Bulông cường độ cao:

- Bố trí bulông: tuân thủ các yêu cầu về khoảng cách

N 1

yc

]

N [

yc b

] N [

N n







- Kiểm tra bền thép cơ bản bị giảm yếu

Bulông thô, thường, tinh:

An - Diện tích tiết diện thực của cấu kiện, An = A - Agy, với A là

diện tích tiết diện nguyên và Agy là diện tích phần giảm yếu do lỗ bulông, Agy = mtdlỗ;

m - số bulông trên một hàng;

t - bề dày cấu kiện đang xét

dlỗ - đường kính lỗ bulông (lớn hơn đường kính bu lông);

γc - hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện;

γb - hệ số điều kiện làm việc, kể đến sự làm việc dẻo của liên kết,

γb = 1,1 - với dầm đặc, cột, các bản nối,

γb = 1,1 - với cấu kiện thanh của mái và sàn

b c

n

.

f A

N







Bulông cường độ cao:

Tải trọng tĩnh: Ac = A - nếu An ≥ 0,85A

Ac = 1,18An - nếu An < 0,85A

Tải trọng động: Ac = An ;

(γb = 1,0 do liên kết không làm việc dẻo)

f A

N

c c





2 LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU KÉO

- Số lượng bulông cần thiết:

c tb

yc

] N [

N n







3 LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU MÔ MEN VÀ LỰC CẮT

Chịu mô men

điều kiện bền của liên kết bulông chịu mômen:

c min b 2

i

max max

l

m

l.

M m

N



Chịu mô men và lực cắt

Coi lực cắt phân đều lên các bulông Gọi n là số bulông ở một phía liên kết Ta có lực cắt tác dụng lên 1 bulông:

- Điều kiện bền của liên kết bulông chịu cả mômen và lực cắt:

n

V

NbV 

c min b

2 bV

2 bM