Bài Giảng Thầy Bình (Hvktqs) kết cấu thép

8/18/2019 Bài Giảng Thầy Bình (Hvktqs) kết cấu thép

1/209

Chöông môû ñaàu ÑAÏI CÖÔNG VEÀ KEÁT CAÁU THEÙP

- Khaùi nieäm “Keát caáu theùp ” (KCT) duøng ñeå chæ nhöõngkeát caáu chòu löïc cuûa caùc coâng trình xaây döïng laømbaèng theùp hoaëc kim loaïi khaùc noùi chung.- KÕt cÊu thÐp ®îc t¹o nªn tõ çc cÊu kiÖn c¬ b¶n nh dÇm, gi»ng, b¶nsµn,.... Çc cÊu kiÖn nµy cã s¬ ®å kÕt cÊu lµ d¹ng thanh, tÊm, vá,.... Tacã s¬ ®å sau:ThanhTÊm -> cÊu kiÖnVá Nhê liªn kÕt -> kÕt cÊu ->C«ng tr×nh- KÕt cÊu thÐp thùc sù quan träng ®èi víi nh÷ng c«ng tr×nh lµ nhµc«ng nghiÖp (phæ biÕn), trong c«ng nghiÖp x©y dùng hiÖn ®¹i chóng

ta cã thÓ b¾t gÆp sù xuÊt hiÖn cña KCT trong c¶ çc c«ng tr×nh d©ndông: Çc nhµ cao tÇng t¹i NhËt B¶n dîc thiÕt kÕ ®Ó chèng ®éng ®Êt.Xu híng míi cña çc nhµ cao tÇng lµ dïng kÕt cÊu chÞu lùc lµ d¹nghçn hîp thÐp vµ BTCT.

0.2. ÖU VAØ KHUYEÁT ÑIEÅM CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP0.2.1. Öu Ñieåm Khaû naêng chòu löïc lôùn, ñoä tin caäy cao;

• Khaû naêng chòu löïc lôùn : vaät lieäu theùp coù cöôøng ñoälôùn;• Ñoä tin caäy cao : caáu truùc thuaàn nhaát cuûa vaät lieäu,söï laøm vieäc ñaøn hoài vaø deûo cuûa vaät lieäu gaàn saùtnhaát vôùi caùc giaû thieát tính toaùn. Troïng löôïng nheï;Lµ VLXD cã tÝnh c«ng nghiÖp ho¸ caoLµ VLXD cã tÝnh linh ®éng cao

TÝnh kÝn tèt (níc, kh«ng khÝ):TÝnh sö dông l¹i cao


2/209

Keát caáu theùp nheï nhaát trong soá caùc keát caáu chòu löïcnhö: BTCT, gaïch ñaù, goã.

(0.1)Trong ñoù: γ : troïng löôïng rieâng theùp;f: cöôøng ñoä tính toaùn theùp;

• Ñoái vôùi theùp: c=3.7*10-4 1/m• Ñoái vôùi beâ toâng: c=2.4*10-3 1/m• Ñoái vôùi goã: c=5.4*10-4 1/m

Tính coâng nghieäp hoùa cao; Tính cô ñoäng trong vaän chuyeån, laép raùp;

Tính kín.

f

c γ =

0.2.2. Nhöôïc Ñieåm Bò aên moøn; Daãn ñieän, nhieät, aâm toát, Chòu löûa keùm; Giaù thaønh caoTheùp khoâng chaùy nhöng ôû nhieät ñoä t=(500÷600)0C,theùp chuyeån sang deûo, maát khaû naêng chòu löïc, keát caáubò suïp ñoå deã daøng.0.3. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG+ Nhaø coâng nghieäp.+ Nhaø nhòp lôùn.

+ Khung nhaø nhieàu taàng.+ Caàu ñöôøng boä - ñöôøng saét.+ Keát caáu thaùp cao.+ Keát caáu baûn.+ Keát caáu di ñoäng.


3/209

0.4. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI KEÁT CAÁU THEÙP Yeâu caàu veà söû duïng.

• Thoûa maõn caùc yeâu caàu veà chòu löïc ñeà ra do ñieàukieän söû duïng;• Ñaûm baûo ñoä beàn laâu thích ñaùng cuûa coâng trình;• Ñeïp, ñaëc bieät quan troïng ñoái vôùi nhaø coâng coäng coùkeát caáu loä ra ngoaøi;

Yeâu caàu veà kinh teá.• Tieát kieäm vaät lieäu;

• Tính coâng ngheä khi cheá taïo;

• Laép raùp nhanh;

• Ñieån hình hoùa KCT;

Chöông 1VAÄT LIEÄU VAØ SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

1.1. THEÙP XAÂY DÖÏNG1.1.1. Phaân Loaïi Theùp Xaây Döïng+ Theùp vaø gang laø hôïp kim ñen cuûa Fe vaø C, ngoaøi racoøn caùc chaát khaùc coù tæ leä khoâng ñaùng keå nhö: O, P, Si,v.v…+ Quaù trình luyeän gang vaø theùp

Töø quaëng saét (Fe2O3 , Fe3O4 ) → luyeän trong loø cao →gang (hôïp kim Fe, C vôùi löôïng C chieám treân 1,7%) →qua loø luyeän theùp ñeå khöû bôùt C trong gang → theùp.


4/209

a. Theo thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa theùp+ Theùp cacbon , vôùi löôïng C


5/209

b. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa theùpTheùp cacbon, ngoaøi hai thaønh phaàn chính laø saét vaøcacbon, coøn coù caùc thaønh phaàn phuï khaùc nhö Mn, Si, P,S, v.v…+ Mn, laøm taêng cöôøng ñoä vaø ñoä dai cuûa theùp. Neáu haømlöôïng Mn vöôït quaù 1.5%, theùp trôû neân gioøn.+ Si, laøm taêng cöôøng ñoä cuûa theùp nhöng laøm giaûm tínhchoáng gæ, tính deã haøn. Haøm löôïng Si khoâng quaù 0.3%ñoái vôùi theùp cacbon thaáp.+ P, laøm giaûm tính deûo vaø ñoä dai va chaïm cuûa theùp,ñoàng thôøi laøm theùp trôû neân gioøn nguoäi (gioøn ôû nhieät ñoäthaáp ).+ S, laøm theùp trôû neân gioøn noùng (gioøn ôû nhieät ñoä cao ),neân deã bò nöùt khi haøn vaø reøn.

• Ph©n lo¹i theo cêng ®é:- ThÐp cêng ®é thêng: ThÐp C thÊp.

- ThÐp cêng ®é cao: ThÐp hîp kim thÊp.

- ThÐp cêng ®é rÊt cao: ThÐp hîp kim, thÐp nhiÖt luyÖn: t«i, ram,ñ...

Thêng trong XDDD&CN chñ yÕu dïng thÐp cêng ®é thêng vµ c-êng ®é cao cßn thÐp cã cêng ®é rÊt cao chØ cÊu t¹o cho c¸c béphËn ®Æc biÖt nh bu l«ng cêng ®é cao,...

§Ó ®¸nh gi¸ thÐp tèt hay kh«ng tèt thêng lµm thÝ nghiÖm víi mÉuthÐp (cø 01 lo thÐp 10T lÊy 03 mÉu ®Ó thÝ nghiÖm cho 1 tiªuchuÈn)

F

N cmkN

A

P f == σ ); / ( 2

Sau khi kÐo d·n L + AL⇒ SuÊt dÉn:

L

AL=ε


6/209

• . Víi thÐp cêng ®é thêng, (thÐp C thÊp)

• fy = (22÷24) kN/cm2

• fu = (38÷40) kN/cm2• . Víi thÐp cêng ®é cao, (thÐp hîp kim thÊp)

• fy = (32÷35) kN/cm2

• fu = (48÷50) kN/cm2II. Tªn thÐp, sè liÖu thÐp, m¸c thÐp x©y dùng

1. Theo GOST: Chia lµm 7 cÊp: CT1÷÷÷÷CT7.CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7

ThÐp C thÊp ThÐp C võa ThÐp C cao

2. Theo tiªu chuÈn ViÖt nam:

• ThÐp c¸c bon ®îc ph©n lo¹i theo TCVN 1765-1985Cã CT34 ≈ CT 2; CT38 ≈ CT 3; CT42 ≈ CT 4; CT52 ≈ CT 5

•Trong ®ã 34, 38, 42, 52: Giíi h¹n bÒn tèi thiÓu khi kÐo (kN/cm2)•CÊp thÐp ®îc chia theo 3 nhãm chÊt lîng:

•A: Nhãm ph©n lo¹i dùa vµo tÝnh n¨ng c¬ häc.

•B: Nhãm ph©n lo¹i dùa vµo thµnh phÇn ho¸ häc (Hµn, gia c«ngkim lo¹i,...)

•C: Tho¶ m·n tÝnh n¨ng c¬ häc cña nhãm A ®ång thêi tho¶ m·nthµnh phÇn ho¸ häc cña nhãm B (dÔ hµn, ®¶m b¶o ®îc tÝnh n¨ngchÞu lùc ngay c¶ khi kÕt cÊu chÞu lùc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn phøct¹p) → tèt nhÊt nhng ®¾t.•Th«ng thêng ghi nhãm ë sè liÖu:

•BCT38 NÕu kh«ng ghi gh× th× lµ ë nhãm A

•CCT42

•Theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp (TCXDVN 5575-2012) th×kÕt cÊu thÐp chÞu lùc ph¶i dïng nhãm C.


7/209

•ViÖc ph©n nhãm lµ dùa theo tiªu chuÈn cña Liªn X« cò GOST

•A→ CT3

•Б→ БCT3•B→ BCT3: nhãm C (TCVN)•Ngoµi nhãm A,B,C nh ë trªn ra, Theo TCVN 5709-1993 th× thÐpçc bon dïng cho x©y dùng cßn cã nhãm X (XCT): XCT34;XCT38; XCT42; XCT52: nhãm X nµy tho¶ m·n tÝnh n¨ng c¬ häccña nhãm A vµ tho¶ m·n mét sè thµnh phÇn chÝnh cña nhãm B.Môc ®Ých lµ h¹ gi¸ thµnh.

•NÕu trong thiÕt kÕ ghi thÐp x©y dùng lµ CT38 th× thõa vµ thiÕu:

•XCT38s

•CCT38s

•→ §ñ

* ThÐp hîp kim thÊp: Theo tiªu chuÈn ViÖt Nam cã trªn 10 lo¹ivµ çch ghi theo th«ng lÖ quèc tÕ: Mn2; 14Mn2; 16MnSi;09Mn2Si; 10Mn2Si; 10CrSiNiCu,...

•VD: 14Mn2: 2%Mn

•09Mr2Si: 2%Mn + 1%Si

•10CrSiNiCu: 1%...→Lµm cÇu Th¨ng Long, Ch¬ng D¬ng

•Hµm lîng C: 0,14%; 0,09%C; 0,1% C...

•Theo GOST: 14***2; 09***2C;

• 10 XCHД; φ: Valadi

•ThÐp hîp kim thÊp nµy cã cêng ®é cao h¬n thÐp C thÊp tõ (1,4 – 2 lÇn) do ®ã tiÕt kiÖm ®îc lîng thÐp sö dông. Dïng thÐp hîpkim thÊp lµ xu híng ph¸t triÓn KCT cña çc níc trªn TG, nhnghiÖn t¹i ë ViÖt nam cha s¶n xuÊt ®îc lîng thÐp hîp kim ®ñ nhiÒu®Ó cã thÓ dïng trong ngµnh x©y dùng.


8/209

III. Tªn thÐp theo çc níc kh¸c:

1. Theo Ch©u ¢u:

EN (European Norms): Cã quyÒn dïng thay thÕ cho NF, BSNF (Normes Fransaiser); BS (British Stardard)

Ph¸p: E24 E28 E36: fy: Giíi h¹n ®µn håicña thÐp; E24, E28: ThÐp C dïng cho nhµ vµ CT th«ng th-êng; E36: ThÐp hîp kim thÊp dïng cho cÇu vµ çc c«ng tr×nhchÞu t¶i träng lín.

Cã 03 cÊp CL: cÊp 2: thÐp s«i; cÊp 3: thÐp nöa lÆng; cÊp 4: thÐplÆng.

BS-4360 Anh: gr40 gr43 gr50: fy (ksi); gr:grade

EN-10025 EN: S235 S275 S355: fy (MPa); S:Structural

Theo tiªu chuÈn Ch©u ¢u EN th× chia lµm 03 nhãm chÊt lîng:•JR: Kh¶ n¨ng chÞu va ch¹m b×nh thêng

•JO: Kh¶ n¨ng chÞu va ch¹m b×nh kh¸

•J2: Kh¶ n¨ng chÞu va ch¹m b×nh tèt

•Mçi nhãm cã çc lo¹i kh¸c nhau, VD: E: ThÐp c¬ khÝ; P: ThÐp lßh¬i

•§Ó ®¸nh gi¸, lÊy mÉu thÐp ®em thÝ nghiÖm

•C«ng cµng lín: Tèt

•C«ng cµng nhá: KÐm

•C«ng = 27J: §¹t•JR: J: Joule; R: Room: nhiÖt ®é phßng lµ 200C

•JO: OoC ; J2: -20oC

•→ S355JR cã fy = 355 (N/mm2)


9/209

2. ThÐp Trung quèc: Trung quèc lµ cã ngµnh luyÖn kim l©u ®êinhÊt trªn thÕ giíi, ë Trung quèc cã 2 çch ®Æt tªn thÐp:

•Çch 1: Dùa theo GOST, TC Trung quèc lµ GB.699-88, thÐp C cãtíi 30 lo¹i, ®îc ph©n lµm 3 nhãm: A: §¶m b¶o çc tÝnh n¨ng c¬ häc; B: §¶m b¶o çc tÝnh n¨ng ho¸ häc; C: §¶m b¶o c¶ 2 trªn.

•y: lß quay «xi; kh«ng ghi: lß b»ng; f: thÐp s«i; b: nöa lÆng;kh«ng ghi: thÐp lÆng

•Çc lo¹i sè 20→25 ®îc gäi lµ thÐp sè 3 lµ thÐp C thÊp t¬ng ®¬ngthÐp CT 3 theo TC Liªn x« cò.

•A3: ThÐp sè 3 nhãm A lß b»ng vµ lÆng; B3Yf ThÐp sè 3 nhãm B,lß quay «xi.

•- ThÐp hîp kim: Dïng lµm kÕt cÊu x©y dùng cã 4 lo¹i: 16Mn,

16Mnq, 15MnV, 15MnVq. Trong ®ã: 15,16 lµ: 0,15%C; 0,16%C;Mn, V: cã hµm lîng nhá < 1,5%; q: thÐp cã ®é dai, chÞu xung kÝch(t¶i träng ®éng) tèt dïng lµm cÇu.

•- ThÐp C kÕt cÊu chÊt lîng tèt: Trong XD dïng çc m¸c thÐp15,20 cã thµnh phÇn ho¸ häc vµ tÝnh n¨ng c¬ häc gièng víi thÐpCT15 vµ CT20 theo tiªu chuÈn ViÖt nam.

Çch 2: Dùa theo Ch©u ¢u: Tiªu chuÈn GB700-88 Dïng giíi h¹nch¶y ®Ó ®Æt tªn thÐp.

•Q235 Q275 Q355

•Q: KhuÊt phôc

•C¨n cø vµo chÊt lîng ph©n thÐp thµnh 4 nhãm chÊt lîng:

•A: kh«ng xÐt va ch¹m

•B: JR•C: JO

•D: J2

•VÝ dô thÐp dïng cho kÕt cÊu m¸i s©n Mü §×nh lµ Q345B ~S355JR: ý dïng ®Ó ThiÕt kÕ cung thÓ thao díi níc


10/209

3. ThÐp lµm theo tiªu chuÈn Mü: §îc s¶n xuÊt vµ ®Æt tªn theotiªu chuÈn ASTM (American Sociaty for Testing & Materials), ®îcnhiÒu níc trªn thÕ giíi ¸p dông. Cã 16 lo¹i ®îc lùa chän dïng trong

x©y dùng bëi viÖn AISC (American Istitute of Steel Construction)va ASSHTO (American Association of State Highway andTrasporta.tion Officials).

a. ThÐp C thÊp (phæ th«ng): A36 lµ thÐp th«ng dông nhÊt, fy =36ksi ≈ 25KN/cm2. (1ksi = 0,69 kN/cm2)•Lo¹i nµy t¬ng ®¬ng nh thÐp CT3. Dïng cho çc kÕt cÊu phæ th«ngnh nhµ, liªn kÕt hµn hay bu l«ng.

•Cßn cã A53, A501 cêng ®é t¬ng ®¬ng A36 nhng dïng lµm thÐpèng hay hµn kh«ng mèi nèi.

b. ThÐp C cêng ®é kh¸ cao: A529, A570 dïng lµm thÐp h×nh uènnguéi: ThÐp tÊm máng çn ra lµm tÊm m¸i, xµ gå, dÇm lo¹i nµyA529, A570 ë d¹ng cuén cã çc cÊp cêng ®é fy = (40÷65) ksi. ëlo¹i nµy cã lo¹i A500 dïng lµm thÐp èng.

•c. ThÐp hîp kim thÊp cêng ®é cao: Gåm nhiÒu lo¹i thÐp cã çcchÊt hîp kim víi fy tõ (40 ÷ 70) ksi. Lo¹i th«ng dông cã A441,A572 (gr40, gr50, gr65...) cã çc cÊp cêng ®é tõ fy (40 ÷ 70)ksi.Lo¹i chèng gØ tèt cã A242. A606, A588. VÝ lo¹i A588 cã ®é chènggØ cao h¬n A36 tíi > 4 lÇn. Lo¹i chuyªn dïng lµm thÐp tÊm, thÐpd¶i nh A606 cã ®é chèng gØ cao,...

•d. ThÐp dïng cho cÇu: Trong sè liÖu A709 cã thÓ lµ thÐp çc bonhay thÐp hîp kim thÊp nhng ®· ®îc nhiÖt luyÖn cã çc cÊp tõ (gr36→gr100). Dïng thay thÕ ®îc cho çc lo¹i tõ A360 ®Õn A588lo¹i chÞu ®ùng thêi tiÕt tèt mang ký hiÖu W nh 50W, 100W.

•e. ThÐp cêng ®é rÊt cao (thÐp hîp kim, thÐp ®îc nhiÖt luyÖn): nhA852, A514 giíi h¹n ch¶y fy = (90÷100) ksi; fu = (100÷130) ksi•Lo¹i nµy chuyªn lµm bu l«ng cêng ®é cao.

•ASTM cã nhiÒu quyÓn, thÐp n»m trong quyÓn A


11/209

4. ThÐp çc níc kh¸c: Hµn quèc, NhËt (JIS) (Japanees IndustrialStandard); óc (AS)

+ SS330 ~ CT2; fy = 21 kN/cm2; SS400 ~ CT3; fu = (23,5 ÷ 24,5)kN/cm2; SS490 lµ thÐp hîp kim thÊp, fy = 29 kN/cm2

+ §êng d©y 500 KV B¾c Nam cã 3100 cét th× 1500 cét ta thuªUcraina (CT3) vµ Hµn quèc lµm (SS400).

+ ThÐp dïng cho kÕt cÊu hµn: SM400, SM490 víi çc h¹ng A,B,Ccã chung cêng ®é víi thÐp SS nhng tÝnh n¨ng hµn cao h¬n.

+ Cét çp treo Yªn Tö D = 1,2m cao 40m, do Ph¸p thiÕt kÕ b»ngthÐp S355, èng thÐp dÉn híng SM490 (èng thÐp dÇy 2cm).

+ ThÐp cña óc theo tiªu chuÈn AS: MPa (N/mm2)

250 300 350 400

fy = 230MPa fy=280÷320 fy=330÷360 fy= (380÷400)+ Kh«ng ghi g× lµ thÐp ®en, (ThÐp thêng)

+ G: ThÐp m¹: hay dïng ë óc. G350; G400, G450

1.3. SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA THEÙP CHÒU TAÛITROÏNG1.3.1. Söï Laøm Vieäc Chòu Keùo Cuûa Theùpa. Bieåu ñoà öùng suaát – bieán daïng khi keùo (theùp C thaáp )

tlσσc

2124

3840

00ε 4 22 ε%16

α

σ

bσ

B

C D

E

Hình 1.3.1. Bieåu ñoà öùng suaát – bieán daïng khi keùo

kN/cm2


12/209

ÖÙng suaát σ=P/A, kN/cm2;Bieán daïng tæ ñoái: ε=∆l/l, %;

Trong ñoù:P: taûi troïng;A: tieát dieän ban ñaàu cuûa maãu;L: chieàu daøi ban ñaàu cuûa maãu;∆l: ñoä daõn daøi cuûa maãu öùng vôùi töøng caáptaûi troïng;+ Ñoaïn töø 0 ñeán B : (σ, ε) coù quan heä tuyeántính, σ=Eε, giai ñoaïn tæ leä, σtl (σñh);E: module ñaøn hoài;Vôùi theùp cacbon thoâng thöôøng, E=2.06e6 daN/cm2;

l

l + ∆ l

∆ l

Hình 1.3.2. Chieàu daøi maãu tröôùc vaø sau khi keùo

+ Ñoaïn töø B ñeán C : (σ, ε) coù quan heä phi tuyeán, theùpkhoâng coøn laøm vieäc ñaøn hoài nöõa, giai ñoaïn ñaøn hoài–deûo;+ Ñoaïn töø C ñeán D : haàu nhö laø ñoaïn naèm ngang, giaiñoïan chaûy deûo. ε taêng, σ=const, giôùi haïn chaûy σc;+ Ñoaïn töø D ñeán E : theùp khoâng chaûy nöõa, giai ñoaïncuûng coá, giôùi haïn beàn σb , ε0=20÷25%;b. Caùc ñaëc tröng cô hoïc chuû yeáu cuûa theùp+ Giôùi haïn tæ leä, σtl ≅ σđh ;

+ Giôùi haïn chaûy σc, ñoù laø öùng suaát lôùn nhaát coù theå coùtrong vaät lieäu, khoâng ñöôïc pheùp vöôït qua (ε=0.2%);+ Giôùi haïn beàn σb : coøn goïi laø cöôøng ñoä töùc thôøi cuûatheùp, xaùc ñònh moät vuøng an toaøn döï tröõ giöõa traïng thaùilaøm vieäc vaø traïng thaùi phaù hoaïi;


13/209

+ Bieán daïng khi ñöùt ε0 : ñaëc tröng cho ñoä deûo, ñoä daicuûa theùp;+ Module ñaøn hoài E;

Tuøy thuoäc vaøo trò soá cuûa σ, coù theå aùp duïng caùc lí thuyeáttính toaùn sau:

• Khi σ ≤ σtl: duøng lí thuyeát ñaøn hoài, vôùi E=const;• Khi σtl


14/209

+ Söï cöùng nguoäi xaûy ra khi gia coâng nguoäi caùc caáukieän: uoán nguoäi, caét baèng maùy caét, ñoät loã, v.v…b. Theùp chòu traïng thaùi öùng suaát phöùc taïp - söï taäptrung öùng suaátTröôøng hôïp hay gaëp cuûa traïng thaùi öùng suaát phöùc taïp laøtröôøng hôïp öùng suaát cuïc boä, gaây bôûi caùc bieán ñoåi ñoätngoät cuûa hình daùng caáu kieän.+ Khi caáu kieän coù loã khuyeát, raõnh caét thì ñöôøng löïc (quõy ñaïo caùc öùng suaát chính ) seõ khoâng coøn song song ñeàuñaën, maø uoán cong xung quanh choã caét. Ñöôøng löïc taäptrung chöùng toû öùng suaát choã ñoù taêng cao vaø taïi ñoù toàntaïi öùng suaát theo hai phöông σx vaø σy laøm theùp trôû neângioøn.+ Keát caáu chòu taûi troïng ñoäng löïc thì söï taäp trung öùng

suaát laø nguy hieåm vì laøm cho theùp deã bò phaù hoaïi gioøn.

Hình 1.3.3. Caùc quyõ ñaïo öùng suaát khi keùo


15/209

1.3.3. Theùp Chòu Taûi Troïng Laëp+ Khi theùp chòu taûi troïng laëp, noù coù theå bò phaù hoaïi ôû

öùng suaát nhoû hôn giôùi haïn beàn → ñoù laø söï moûi cuûatheùp.+ Söï phaù hoaïi veà moûi mang tính chaát phaù hoaïi gioøn,thöôøng xaûy ra ñoät ngoät vaø keøm theo veát nöùt.+ ÖÙng suaát phaù hoaïi moûi cuûa theùp goïi laø cöôøng ñoä moûiff, ff phuï thuoäc vaøo soá chu kyø laëp, tính chaát thay ñoåi cuûataûi troïng vaø möùc ñoä taäp trung öùng suaát. Giaù trò cuûa f f, trabaûng.1.3.4. Söï hoùa giaø cuûa theùp+ Theo thôøi gian, tính chaát cuûa theùp thay ñoåi daàn: σc, σb

taêng leân, ñoä giaõn vaø ñoä dai va ñaäp giaûm ñi, theùp trôû neângioøn hôn.

+ Nguyeân nhaân : trong caùc tinh theå ferit vaãn coøn caùc chaátC, N hoøa tan. Caùc chaát naøy daàn daàn taùch ra vaø taïo neâncaùc lôùp cöùng giöõa caùc haït ferit.1.3.5. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä+ ÔÛ nhieät ñoä t=200÷3000C: tính chaát cuûa theùp thay ñoåiraát ít;+ ÔÛ nhieät ñoä t=300÷3300C: theùp trôû neân gioøn hôn;+ ÔÛ nhieät ñoä t>3300C: σc, σb giaûm raát nhanh;+ ÔÛ nhieät ñoä t=600÷6500C: σc=0;+ ÔÛ nhieät ñoä t>15000C: theùp baét ñaàu chuyeån sang theå

loûng;+ ÔÛ nhieät ñoä t


16/209

1.2. QUY CAÙCH THEÙP CAÙN DUØNG TRONG XAÂYDÖÏNGKeát caáu xaây döïng ñöôïc cheá taïo töø caùc theùp taám, theùphình coù nhieàu loaïi kích thöôùc khaùc nhau. Theùp caùn noùngbao goàm caùc loaïi theùp sau:+ Theùp hình;+ Theùp taám;+ Theùp hình daäp, caùn nguoäi;+ Theùp phoå thoâng;

x x

y

yx

0

0xy

0

y0

b

b

z0

d

B

xy

yb

0

yd

u

x0

Hình 1.2.a : theùp goùc ñeàu caïnh Hình 1.2.b : theùp goùc khoâng ñeàu caïnh

y

Hình 1.2.c : theùp chöõ I

y

x x

b

h

d

t

y

x

y

z0

b

h

d

Hình 1.2.d : theùp chöõ [

d

Hình 1.2.e : theùp oáng

D


17/209

1.2.1. Theùp Hìnha. Theùp goùc

• Coù 2 loaïi: ñeàu caïnh vaø khoâng ñeàu caïnh, vôùi tæ leä haicaïnh khoaûng 1:1.5 ñeán 1:2.• Theùp goùc ñeàu caïnh goàm 50 loaïi tieát dieän töø nhoû nhaátlaø L20x20x3 ñeán lôùn nhaát laø L250x250x35.• Theùp goùc khoâng ñeàu caïnh goàm 72 loaïi tieát dieän töø nhoûnhaát laø L30x20x3 ñeán lôùn nhaát laø L200x150x25.• Ñaëc ñieåm: caùnh coù hai meùp song song vôùi nhau, tieäncho vieäc caáu taïo lieân keát, chieàu daøi thanh theùp goùc töø4÷13m.• Phaïm vi söû duïng: thanh cuûa daøn, thanh cuûa heä giaèng,

lieân keát vôùi caùc loaïi theùp khaùc ñeå taïo neân caùc caáu kieäntoå hôïp nhö gheùp vôùi caùc baûn theùp thaønh tieát dieän coätroãng, tieát dieän daàm chöõ I,…v.v

b. Theùp chöõ I• Goàm coù 23 loaïi tieát dieän, chieàu cao töø 100÷600mm• Kí hieäu I30 (cao 30cm), I30a (cao 30cm, caùnh roäng vaø daøy hôn I30 ), chieàu daøi töø 4÷13m.• Coù ñoä cöùng theo phöông truïc x raát lôùn so vôùi phöông truïc y.• Phaïm vi söû duïng: laøm daàm chòu uoán, hoaëc coät (neân taêng ñoäcöùng ñoái vôùi truïc y baèng caùch môû roäng theâm caùnh hoaëc gheùp hai theùp I laïi ).c. Theùp chöõ [[[[• Goàm coù 22 loaïi tieát dieän, töø 5 ñeán 40. Kyù hieäu [[[[ 22 (cao

22cm), chieàu daøi töø 4÷13m.• Theùp chöõ [[[[ coù moät maët buïng phaúng vaø caùc caùnh vöôn roängneân tieän lieân keát vôùi caùc caáu kieän khaùc.• Phaïm vi söû duïng: laøm daàm chòu uoán, ñaëc bieät hay duøng laømxaø goà maùi chòu uoán xieân hoaëc ñöôïc gheùp thaønh thanh tieátdieän ñoái xöùng, duøng laøm coät, laøm thaønh daøn caàu…v.v.


18/209

d. Theùp oáng• Coù hai loaïi: khoâng coù ñöôøng haøn doïc vaø coù ñöôøng haøndoïc.• Theùp oáng coù tieát dieän ñoái xöùng, vaät lieäu naèm xa truïctrung hoøa neân ñoä cöùng taêng, chòu löïc khoûe, ngoaøi rachoáng gæ toát.• Phaïm vi söû duïng: duøng laøm caùc thanh daøn, keát caáucoät thaùp cao.1.2.2. Theùp TaámÑöôïc duøng roäng raõi vì tính chaát vaïn naêng, coù theå taïo racaùc loaïi tieát dieän coù hình daïng vaø kích thöôùc baát kyø. Coùcaùc loaïi sau:

+ Theùp taám phoå thoâng, coù beà daøy δ=4÷60mm, roängB=160÷1050mm, daøi L=6÷12m. Theùp taám phoå thoâng coùboán caïnh phaúng neân söû duïng raát thuaän tieän.

+ Theùp taám daøy, coù δ=4÷160mm, B=600÷3000mm,L=4÷8m. Theùp taám daøy coù beà roäng lôùn neân hay duøngcho keát caáu baûn.+ Theùp taám moûng, coù δ=0.2÷4mm, B=600÷1400mm,L=1.2÷4m. Theùp taám moûng duøng ñeå taïo caùc thanhthaønh moûng baèng caùch daäp, caùn nguoäi, duøng lôïpmaùi,…v.v.1.2.3. Theùp Hình Daäp, Caùn NguoäiÑaây laø loaïi theùp hình môùi so vôùi theùp caùn. Töø caùc theùptaám moûng, daøy δ=2÷16mm, mang daäp, caùn nguoäi maø

thaønh.+ Coù caùc loaïi tieát dieän: theùp goùc ñeàu caïnh-khoâng ñeàucaïnh, theùp chöõ [, theùp tieát dieän hoäp, …v.v.+ Theùp hình daäp, uoán nguoäi coù thaønh moûng, neân nheïhôn nhieàu so vôùi theùp caùn noùng.


19/209

+ Phaïm vi söû duïng: duøng chuû yeáu cho caùc loaïi keát caáutheùp nheï, cho nhöõng caáu kieän chòu löïc nhoû nhöng caàncoù ñoä cöùng lôùn.+ Khuyeát ñieåm: Coù söï cöùng nguoäi ôû nhöõng goùc bò uoán,choáng gæ keùm. Chöa coù tieâu chuaån cho loaïi theùp naøy,caàn tham khaûo theâm caùc tieâu chuaån cuûa Nga, Anh,Eurocode, …v.v.1.2.4. Theùp Phoå Thoâng+ Coù ñöôøng kính töø 6÷80mm.+ Coù 2 loaïi: trôn vaø coù gaân.+ Phaïm vi söû duïng: thanh caêng cuûa voøm, boulone neo,boulone chòu löïc. Thöôøng duøng trong keát caáu beâ toângcoát theùp.

38

ƯƠ Ế Ấ

Kết cấu thép được tính toán theo Ph ươ ng pháp tr ạng thái gi ớ i h ạn (TTGH)

1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu:

TTGH v kh n ăng ch u l c (TTGH 1):

Là trạng thái (ngưỡng) nếu vượt qua nó thì kết cấu được coi như mất khả năng chịu lực, kết cấu không còn sử dụng được nữa (bị phá hoại, sụp đổ).

TTGH 1 bao gồm trạng thái kết cấu bị phá hoại về bền, mất ổn định, mất cânbằng vị trí, biến đổi hình dạng.

TTGH v bi n d ng (TTGH 2):

Là trạng thái (ngưỡng) nếu vượt qua nó thì kết cấu không thoả mãn đượcđiều kiện sử dụng bình thường (kết cấu bị biến dạng quá lớn).

TTGH 2 bao gồm trạng thái kết cấu bị võng, chuyển vị ngang, lún, rung, nứt.

Mọi kết cấu đều phải thoả mãn cả TTGH 1 và TTGH 2.


20/209

39

ƯƠ Ế Ấ

a) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 1:

[ ]S S ≤max

Smax là nội lực lớn nhất có thể có của cấu kiện kết cấu được xét trongsuốt thời gian sử dụng công trình.

[S] là giới hạn khả năng chịu lực của cấu kiện kết cấu được xét.


40

ƯƠ Ế Ấ

Bi ểu th ứ c t ổng quát để xác đị nh n ội l ự c S: cnQi

c

i n N PS ⋅⋅⋅⋅=∑ γ γ là tải trọng tiêu chuẩn thứ i; Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng lớn nhấtcó thể tác dụng lên công trình trong điều kiện sử dụng bình thường(được xác định bằng thống kê xác xuất và được qui định trong tiêuchuẩn thiết kế của mỗi nước).

là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra ;

là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn thứ i gây ra ;

là hệ số độ tin cậy của tải trọng thứ i; xét đến khả năng tải trọng thựctế có thể biến đổi khác với tải trọng tiêu chuẩn một cách bất lợi,được qui định trong Tiêu chuẩn thiết kế cho từng loại tải trọng.

là hệ số an toàn về sử dụng; xét đến mức độ quan trọng của côngtrình ; do từng quốc gia, chủ đầu tư qui định,

là nội lực do tải trọng tính toán thứ i gây ra;

c

iP

i N

i

c

i

N P ⋅

Qγ

nγ

nQi

c

i N P γ γ ⋅⋅⋅

1=c

iP

1≥Q


1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu:[ ]S S ≤max


21/209

41

ƯƠ Ế Ấ

Bi ểu th ứ c t ổng quát để xác đị nh n ội l ự c S: cnQi

ci n N PS ⋅⋅⋅⋅=∑ γ γ

Nội lực S được xác định theo tải trọng tính toán.

Tải trọng tính toán = tải trọng tiêu chuẩn x hệ số an toàn

là hệ số tổ hợp tải trọng, để xét đến xác xuất tác dụng đồng thời củanhiều tải trọng mang giá trị lớn nhất, ;

)( nQ γ γ ⋅

cn1≤cn

Giá tr c a n i l c S ph thu c vào:

- Tải trọng tác dụng: giá trị, qui luật, tần suất tác dụng của tải trọng;

- Sơ đồ tính toán kết cấu: liên kết ở 2 đầu cấu kiện;

- Đặc trưng hình học của tiết diện;

- Tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực: các tải trọng có thể tác dụng đồng thời.



42

ƯƠ Ế Ấ

Bi ểu th ứ c t ổng quát để xác đị nhkh ả n ăng ch ị u l ự c c ủa k ết c ấu:

[ ] c f AS ⋅⋅=

A là đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện kết cấu: hoặc là diện tíchA, mô men quán tính I, mô men kháng uốn W ... của tiết diện;

f là cường độ tính toán của vật liệu thép;

là hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện ; xét đến các điều kiện làmviệc khác nhau của cấu kiện;cγ

Kh n ăng ch u l c [S] c a k t c u ph thu c vào :

- Đặc trưng hình học của tiết diện,

- Đặc trưng cơ học của vật liệu;

- Điều kiện làm việc của kết cấu.




22/209

43

ƯƠ Ế Ấ

là biến dạng lớn nhất của kết cấu dưới tác dụng của các tải trọng tiêuchuẩn;

là giới hạn về biến dạng lớn nhất cho phép để kết cấu có thể sử dụngđược bình thường.

[ ]∆≤∆max

max∆

[ ]∆

Giá trị của được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế, phụ thuộc vào:

- Tầm quan trọng của công trình: loại công trình, vị trí xây dựng côngtrình, từng quốc gia, chủ đầu tư, ...

- Loại cấu kiện: cột, dầm sàn, dầm cầu chạy, xà gồ, ...

- Vị trí của cấu kiện trong công trình: phòng họp, phòng ở, ...

[ ]∆

b) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 2:


44

ƯƠ Ế Ấ

Bi ểu th ứ c t ổng quát để xác đị nh bi ến d ạng :

cni

c

i nP ⋅⋅∆⋅=∆ ∑ γ i∆

i

c

iP ∆⋅

là biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra ;

là biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn thứ i gây ra.

1=c

iP

Giá tr c a ph thu c vào:

- Tải trọng tác dụng: giá trị, qui luật, tần suất tác dụng của tải trọng;

- Sơ đồ tính toán kết cấu: liên kết ở 2 đầu cấu kiện;

- Đặc trưng hình học của tiết diện;

- Tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực : các tải trọng có thể tác dụng đồngthời.

max∆

b) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 2:


[ ]∆≤∆max


23/209

45

ƯƠ Ế Ấ

2. Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán

a) Cường độ tiêu chuẩn:

5%

f c

Tần suất

Cường độ95%

Do đặc trưng của vật liệuluôn biến đổi nên giá trị cường độ tiêu chuẩn fcđược xác định theo phươngpháp thống kê, với điều kiệnđảm bảo 95% mẫu đượcthí nghiệm có cường độ lớnhơn giá trị fc.

Cường độ tiêu chuẩn của các vật liệu được qui định trong các tiêu chuẩnthiết kế kết cấu.

46

ƯƠ Ế Ấ

0,2%

ε

σ

quσ

Khi tính theo gi i h n ch y (ƯS không cho phép vượt quá giới hạn chảy):

Đối với thép cacbon thấp (có giới hạn chảy):

y

c f f =

Đối với thép cacbon cao (không có cường độ chảy): thì cường độ tiêu chuẩn lấy theo giá trị qui

ước ứng với biến dạng dư là 0,2% :

VD: CCT38 có fc = fy = 2400 daN/cm2.

%2,0=== ε σ qu

y

c f f

Khi cho phép tính theo giới hạn bền(có hoặc không có giới hạn chảy): bu

c f f σ ==


a) Cường độ tiêu chuẩn:

dựa theo xác xuất của các mẫu thí nghiệmcσ


24/209

47

ƯƠ Ế Ấ

b) Cường độ tính toán:

Cường độ tính toán khi tính theo giới hạn chảy: M

c f f γ =

M γ là hệ số an toàn của vật liệu, xét đến ảnh hưởng của các yếu tố trongthực tế làm việc của kết cấu, dẫn đến làm giảm thấp khả năng chịulực của kết cấu,

Thép có cường độ cao vừa có 3800 daN/cm2 như CCT34,CCT38:

Thép cường độ cao : (có nhiều hợp chất khác, mức độ tin cậy không cao)

1≥ M γ

05,1= M γ

1,1= M

≤cσ

Cường độ tính toán khi tính theo giới hạn bền:

u

u

t

f f

γ

= 3,1=u

Cường độ tính toán khi chịu cắt: M

y

v

f f f

γ 58,058,0 ==


48

ƯƠ Ế Ấ

3. Tải trọng và tác động (TCVN 2737-1995)

a) Phân loại tải trọng:

Tuỳ theo thời gian tác dụng, tải trọng được phân thành tải trọng tác dụngthường xuyên và tải trọng tác dụng tạm thời.

T i tr ng th ư ng xuyên (t ĩ nh t i):

Là tải trọng không biến đổi về giá trị, vị trí, phương chiều tác dụngtrong suốt quá trình sử dụng công trình.

Gồm trọng lượng bản thân của kết cấu, vật liệu kiến trúc, vật liệu trangtrí, ... để tạo nên công trình.

Luôn tồn tại trong suốt quá trình sử dụng. VD:


25/209

49

Ấ

Ệ Ế Ấ

1. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm2. Cấu kiện chịu uốn (Dầm)

3. Cấu kiện chịu nén đúng tâm (cột, thanh giàn)

50

Ấ Ệ Ế Ấ

1. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

Bi u th c ki m tra b n:

An là diện tích thực của tiết diện đã trừ đi các giảm yếu;

f là cường độ tính toán của vật liệu thép (tính theo giớihạn chảy hay giới hạn bền);

là hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện. (xét đếnđiều kiện làm việc thực tế)

c

n

f A

N γ σ ⋅≤= [ ] N f A N cn =⋅⋅≤

(TTGH 1)

c

N

N

Cấu kiện chịu kéo không cần kiểm tra về điều kiện biến dạng (TTGH 2) vì đềuthoả mãn.


26/209

51

Ấ Ệ Ế Ấ

2. Cấu kiện chịu uốn(Dầm thép)

52

Ấ Ệ Ế Ấ

2. Cấu kiện chịu uốn (Dầm)

a) Khi t i tr ng tác d ng còn nh :

Vật liệu làm việc trong giai đoạn đài hồi,

biểu đồ ứng suất pháp có hình tam giác

c

nx

x f

W

M γ σ ⋅≤=

max,

T i ti t di n ch ch u Max:

Mx,max : là mô men uốn do tải trọng tính toán gây ra đối với trục x-x;

Wnx : là mômen kháng uốn của tiết diện thực đối với trục x-x;

σ

+

_

a )

h

σ

x x

y

y

l

Vmax

Mx,max

tw


27/209

53

Ấ Ệ Ế Ấ


a) Khi t i tr ng tác d ng còn nh :

T i ti t di n ch ch u Vmax:

Vmax : là lực cắt do tải trọng tính toán gây ra;Sx là mômen t ĩ nh của 1/2 tiết diện trượt đối với trục trung hoà x-x;

l

Vmax

Mx,max

cvw x

x

f t I

S V

γ τ ⋅≤⋅

⋅

=max

max

I x là mômen quán tính của tiếtdiện nguyên đối với trục x-x;

tw là bề dầy bản bụng của tiếtdiện chữ I tại vị trí trục trung hoà x-x.

σ

+

_

a )

h

σ

x x

y

y

maxτ tw

(ti ếp 2/7)

54

Ấ Ệ Ế Ấ


b) Ti p t c t ăng t i tr ng: σ

b ) c )

c

x x

y

y

L

M = σ

W

h

P

c

Ứng suất pháp ở các thớ biên trên và dưới đạt đến giới hạn chảy ; trongkhi các thớ bên trong vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi; biểu đồ ứng suấtpháp có dạng hình thang.

cσ

Vùng chảy dẻo được hình thành, ăn sâu vào bên trong tiết diện và lan rộngtheo chiều dài dầm.

Tiết diện dầm gồm 2 vùng: vùng chảy dẻo và vùng đàn hồi.

P

Vùng chảy dẻo

(ti ếp 3/7)


28/209

55

Ấ Ệ Ế Ấ 2. Cấu kiện chịu uốn (Dầm)

c) T i tr ng t ăng đ n khi toàn b ti t di n đt đ n c )

σ c

x x

y

y

L

M = σ

W

h

P

c

Biểu đồ ứng suất pháp ở tiết diện giữa dầm có dạng hình chữ nhật. Trongkhi biểu đồ ứng suất pháp ở các tiết diện lân cận có dạng hình thang và hìnhtam giác.

Giai đoạn này, dầm được coi là bị phá hoại.

Khớp dẻo được tạo thành; dầm có thể quay được xung quanh trục khớp dẻo;biến dạng tăng vô hạn nếu không kể đến vật liệu làm việc trong giai đoạncủng cố.

cσ

Toàn bộ tiết diện chảy dẻo

P

(ti ếp 4/7)

56

Ấ Ệ Ế Ấ

2. Cấu kiện chịu uốn (Dầm)Xác đ nh mô men d o Md:

xydA

y

Khảo sát phân tố dA :

xc

A

c

A

cd S dA y ydA M 2⋅=⋅=⋅⋅= ∫∫ σ σ σ

Sx là mômen t ĩ nh của 1 nửa tiết diện đối với trục trung hoà x-x.

So sánh với trường hợp dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi :

xnc x W M ⋅= σ

d cd W M ⋅= σ xd S W 2=

Tiết diện chữ nhật :8

2hbS x

⋅=

6W

2

x

hb ⋅= xd W W 5,1=

Tiết diện chữ I : xd W W 12,1=

với

xd W W >

Giai đoạn đàn hồi:

Giai đoạn chảy dẻo:

với )2 / /(h I W xn xn =

;

(ti ếp 5/7)


29/209

57

Ấ Ệ Ế Ấ 2. Cấu kiện chịu uốn (Dầm)

Bi ểu th ứ c ki ểm tra b ền đối v ớ i c ấu ki ện ch ị u u ốn có xét đến bi ến d ạng d ẻo:

c

d

f W M γ σ ⋅≤=

Tác dụng đồng thời của ứng suất pháp vàứng suất tiếp làm tăng tính dẻo của thép(ứng suất tiếp tăng nên thép dễ bị chảydẻo).

Chảy dẻo có thể xuất hiện ở các thớ biênkhi ứng suất pháp đạt ; và ở cả trênđường trục trung hoà khi ứng suất tiếp đạt

σ

τ 3

τ 3

c

σ ccσ

3 / c

σ τ =

Biểu thức kiểm tra bền theo ứng suất tương đương có xét đến biến dạng dẻo:

ctd f γ τ σ σ ⋅≤+= 15,1322

(ti ếp 6/7)

58

Ấ Ệ Ế Ấ


Tính toán theo TTGH 2:

[ ]∆≤∆max

[ ] l I E

lq

x

c

400

1

384

54

max =∆≤⋅

⋅⋅=∆

max∆ là độ võng lớn nhất của dầm do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

VD: dầm đơn giản chịu tải phân bố đều:

[ ]∆ là giới hạn độ võng lớn nhất của dầm, được qui định trong tiêuchuẩn thiết kế (1/400 l)

l

max∆

qc

(ti ếp 7/7)


30/209

59

Ấ Ệ Ế Ấ

3. Cấu kiện chịu nén đúng tâm(Cột, thanh giàn thép)

60

Ấ Ệ Ế Ấ


N

y l

∆ l

N

y

Xét thanh liên kết khớp ở 2 đầu và chịu lực nén đúng tâm.

Hiện tượng khác nhau giữa cấu kiện chịu kéo đúng tâmvà nén đúng tâm: Thanh bị kéo thẳng ra khi chịu kéo;Thanh bị nén cong khi chịu nén.

Mức độ cong của thanh phụ thuộc chủ yếu vào chiềudài của thanh. Thanh càng dài thì độ cong càng lớn.

l

Tính toán cần xét đến độ cong của thanh; và việc tínhtoán phức tạp hơn.

Để đơn giản, chỉ cần xét đến độ cong của thanh khi chiềudài l đủ dài, độ cong đủ lớn. Nếu bé thì được bỏ qua chođơn giản trong tính toán.


31/209

61

Ấ Ệ Ế Ấ 3. Cấu kiện chịu nén đúng tâm (cột, thanh giàn)

N

y l

∆ l

N

y

Khi chịu nén đúng tâm, thanh ngắn không bị cong,chỉ bị lùn đi và bị chảy dẻo.

lTính toán thanh ngắn chịu nén đúng tâm giống như thanh chịu kéo đúng tâm với ứng suất là ứng suấtnén.

Thanh ngắn có chiều dài không lớn quá khoảng5 lần bề rộng tiết diện;

a) Đi v i thanh ng n ch u nén đ úng tâm:

62

Ấ Ệ Ế Ấ


N

y l

∆ l

N

y

Thanh bị cong khi chịu nén N đạt tới một trị số nàođó. Thanh bị cong theo phương có độ cứng nhỏ nhất.

l

Tăng lực nén N từ từ để xem sự làm việc của cấu kiệndài chịu nén đúng tâm.

Nếu bỏ lực nén N thì thanh lại trở về vị trí thẳng banđầu. Vật liệu vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi.Thanh ở trạng thái cân bằng cong dưới tác dụng củalực N.

b) Đi v i thanh dài ch u nén đ úng tâm:

Nếu tiếp tục tăng lực nén N đến một giá trị nào đóthì sau đó dù chỉ tăng tải rất ít nhưng thanh sẽ bị uốncong đi rất nhanh và mất khả năng chịu lực.

cr N

=> Thanh đã bị mất ổn định tổng thể.


32/209

63


N

y l

∆ l

N

y

l

Lực nén gọi là lực nén tới hạn để đảm bảo thanhkhông bị mất ổn định tổng thể.


Để xác định Ncr cần thực hiện tăng N từng tí một.

cr N

Thanh bị mất ổn định tổng thể trước khi bị phá hoại bền,ứng suất trong thanh vẫn nhỏ hơn giới hạn tỷ lệ (vật liệulàm việc trong giới hạn đàn hồi) :

[ ] ccr f A N N γ ⋅⋅=<

(ti ếp 2/8)

64

Ấ Ệ Ế Ấ



N

N

N

N

(1) (2)

(2)

(1)

cr N

N

y

So sánh 2 trường hợp: thanh dài vàthanh ngắn chịu nén đúng tâm.

Thanh bị mất ổn định tổng thể

Thanh bị phá hoại về bền

[ ] N

[ ] N N cr <

(ti ếp 3/8)


33/209

65



Bi u th c xác đ nh l c nén t i h n (công th c Euler):

2

2

o

cr l

I E N

⋅⋅= π

E là mô đun đàn hồi;

I là mô men quán tính của tiết diện;

l 0 là chiều dài tính toán của thanh

ll ⋅= µ 0

ý ngh ĩ a của l 0 là để qui đổi hay điều chỉ nh chiều dài của các loại thanh cóliên kết khác khớp ở 2 đầu về thanh có liên kết khớp ở 2 đầu, từ đó ápdụng công thức Euler;

l : là chiều dài hình học của thanh ;

: là hệ số chiều dài tính toán phụ thuộc vào đặc điểm liên kết ở 2 đầu thanh.

(ti ếp 4/8)

66

Ấ Ệ Ế Ấ



Xác đị nh h ệ s ố chi ều dài tính toán c ủa thanh

n = 1 n = 0,5 n = 1,5 n = 2

µ = 1 µ = 2 µ = 0,7 µ = 0,5

n

1= µ n là số nửa bước sóng hình Sine.

N N N N

(ti ếp 5/8)


34/209

67



ng su t t i h n đ c t không b m t n đ nh t ng th :

2

2

2

2

2

2

λ

π π π σ

E

i

l

E

Al

I E

A

N

oo

cr cr

⋅=

⋅=

⋅

⋅⋅==

A

I i =

i

lo=λ

là bán kính quán tính của tiết diện; Alà diện tích tiết diện nguyên.

là độ mảnh của thanh.

Vì mômen quán tính I và hệ số theo các phương là khác nhau nên i vàtheo các phương cũng khác nhau.

µ λ

Thanh bị mất ổn địnhtheo phương có :

=

A I

l

/ max 0maxλ

(ti ếp 6/8)

68

Ấ Ệ Ế Ấ



Bi u th c ki m tra đ i u ki n n đ nh t ng th :

Thực tế không thể có thanh chịu nén hoàn toàn đúngtâm, vì luôn có những nguyên nhân ngẫu nhiên nàođó gây thêm uốn dọc trong cấu kiện như: độ lệch tâmngẫu nhiên, độ cong ban đầu (trục thanh khôngthẳng), …

Cần phải kiểm tra cấu kiện chịu nén đúng tâm như cấu kiện chịu nén lệch tâm với độ lệch tâm nhỏ.

(ti ếp 7/8)N

y l

∆ l

N

y

l


35/209

69



Bi u th c ki m tra đ i u ki n n đ nh t ng th :

c

e

cr A

N γ σ σ ⋅≤=

e

cr σ : là ứng suất tới hạn có xét đến độ lệchtâm nhỏ;

cc

e

cr c

e

cr f f f A

N γ ϕ γ

σ γ σ σ ⋅⋅=⋅⋅=⋅≤=

1


36/209


37/209


38/209


39/209


40/209

1.4. TÍNH TOAÙN CAÁU KIEÄN1.4.1. Caáu Kieän Chòu Keùo Ñuùng TaâmCaáu kieän chòu keùo ñöôïc kieåm tra beàn theo coâng thöùc:

Trong ñoù:

+ N: noäi löïc doïc do taûi troïng tính toaùn;

+ An

: dieän tích thöïc caáu kieän (ñaõ tröø ñi caùc giaûm yeáu );

+ γ c: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc, tra baûng;

+ f: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa thép lấy theo giớ i hạn chảy;+ ft: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa thép lấy theo sức bền kéo đứt;

≤=beànhaïngiôùitheo

chaûyhaïngiôùitheo

-

-

u

ct

c

n f

f

A

N

γ

γ

γ

σ (1.1)

(1.2)


41/209

+ γ u =1.3, heä soá an toaøn;1.4.2. Caáu Kieän Chòu Uoán

a. Tính caáu kieän chòu uoán trong giai ñoaïn ñaøn hoài

Trong ñoù:

+ M, V: moment uoán vaø löïc caét do taûi troïng tính toaùn;

+ Wn: moment choáng uoán cuûa tieát dieän thöïc;

+ I: moment quaùn tính cuûa tieát dieän nguyeân;+ S: moment tónh (nguyeân) cuûa phaàn tieát dieän tröôït ñoáivôùi truïc trung hoøa;

c

n

f W

M γ σ ≤=

cv f It

VS γ τ ≤=

(1.3)

(1.4)

+ t: beà daøy thaønh caáu kieän;b.Tính caáu kieän chòu uoán coù bieán daïng deûo

Trong ñoù:

+ Wd = 2S: moment choáng uoán deûo;

Tieát dieän chöõ nhaät: Wd

=1.5W;

Tieát dieän chöõ I: Wd=1.12W;

+ τ: öùng suaát tieáp;

c

d

f W

M γ σ ≤=

c tñ f γ τ σ σ 1513 22 ,≤+=

(1.5)

(1.6)


42/209

c.Tính toaùn caáu kieän theo TTGH thöù hai∆ ≤ [∆]

∆: ñoä voõng;[∆]: ñoä voõng giôùi haïn cho pheùp, tra baûng;1.4.3. Caáu Kieän Neùn Ñuùng Taâma.Tính veà beàn

b.Tính veà oån ñònh

ϕ heä soá uoán doïc, tra baûng;

(1.7)

c

n

f A

N γ σ ≤= (1.8)

c f A

N γ ϕ σ ≤= (1.9)

1.4.4. Caáu Kieän Chòu Keùo Leäch Taâm Vaø Neùn LeächTaâma.Tính caáu kieän chòu keùo leäch taâm vaø neùn leäch taâm+ Kieåm tra ñoä beàn trong giai ñoaïn laøm vieäc ñaøn hoài theocoâng thöùc:

+ Khi xeùt ñeán bieán daïng deûo:

Heä soá c tuøy thuoäc vaøo daïng tieát dieän, tra baûng;

c

n

f M

A

N γ σ ≤+=

nW(1.10)

1

2 / 3

≤+

cncn f cW

M

f A

N

γ γ

(1.11)


43/209

b.Tính veà oån ñònh cuûa thanh neùn leäch taâm+ Kieåm tra oån ñònh trong maët phaúng uoán:

ϕe heä soá giaûm cöôøng ñoä tính toaùn;

σcre: öùng suaát tôùi haïn;+ Kieåm tra oån ñònh ngoaøi maët phaúng uoán:

ϕy: heä soá uoán doïc khi neùn ñuùng taâm;

ce f A N γ ϕ σ ≤= (1.12)

f

e

cr e

σ ϕ = (1.13)

c

y

f Ac

N γ

ϕ σ ≤= (1.14)

Chöông 2LIEÂN KEÁT

Hieän nay, trong keát caáu theùp duøng hai phöông phaùp lieânkeát chính laø:+ Lieân keát haøn;+ Lieân keát buloâng;2.1. LIEÂN KEÁT HAØNLaø söï lieân keát giöõa caùc phaân töû cuûa caùc kim loaïi bò noùngchaûy (kim loaïi caàn haøn vaø que haøn ).

2.1.1. Öu Ñieåm+ Giaûm coâng cheá taïo vaø khoái löôïng kim loaïi;+ Hình thöùc caáu taïo lieân keát ñôn giaûn;+ Beàn, coù tính kín cao;


44/209

2.1.2. Nhöôïc Ñieåm+ Gaây bieán hình haøn vaø öùng suaát haøn trong lieân keát laøm

taêng tính gioøn cuûa vaät lieäu;+ Khoù kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn;2.1.3. Caùc Phöông Phaùp Haøn Trong Keát Caáu Theùpa. Haøn hoà quang ñieän baèng tay

Hình 2.1. Sô ñoà haøn hoà quang ñieän baèng tay

Tay caàm

Nguoàn ñieän

Daây daãn

Que haøn Hoà quang

Theùp cô baûn

+ Nguyeân lyùDöôùi taùc duïng cuûa doøng ñieän → hoà quang ñieän → laømnoùng chaûy meùp cuûa theùp cô baûn vaø que haøn. Hai kimloaïi loûng hoøa laãn vôùi nhau, nguoäi laïi taïo thaønh ñöôønghaøn.+ Que haøn (TCVN 3223:1994 )Duøng que haøn (chieàu daøi L=200÷450mm) loõi kim loaïi(ñöôøng kính D=1.6÷6mm) coù thuoác boïc daøy t=1÷1.5mm(thuoác haøn, goàm khoaûng 80% laø CaCO 3 ).b. Haøn hoà quang ñieän töï ñoäng+ Nguyeân lyùThuoác haøn ñöôïc raûi tröôùc thaønh lôùp daøy treân raõnh haøn.Daây haøn ñöôïc töï ñoäng nhaû daàn theo toác ñoä di chuyeånñeàu cuûa maùy haøn.


45/209

+ Öu ñieåm • Toác ñoä haøn nhanh (gaáp 5÷10 laàn haøn tay );

• Chaát löôïng ñöôøng haøn toát;+ Nhöôïc ñieåm • Chæ haøn ñöôïc caùc ñöôøng haøn naèm thaúng hoaëc troøn;• Khoâng haøn ñöôïc caùc ñöôøng haøn ñöùng, ngöôïc;

Hình 2.2. Sô ñoà haøn hoà quang ñieän töï ñoäng

OÁng huùt thuoác haøn

Daây haøn traàn

Maùy haøn

Pheãu raûi thuoác haøn

Hoà quang chìm

Thuoác haøn

c. Haøn hoà quang ñieän trong lôùp khí baûo veä (MIG,MAG)ä

d. Haøn hôi: Hoãn hôïp khí O2, Axeâtilen ñöôïc neùn ôû haibình, duøng oáng meàm daãn chuùng ñeán choã haøn. Khi hoãnhôïp naøy chaùy, nhieät ñoä leân tôùi 32000C laøm noùng chaûykim loaïi caàn haøn vaø kim loaïi phuï. Khi nguoäi taïo thaønhñöôøng haønä

Hình 2.3. Sô ñoà haøn hoà quang ñieän trong lôùp khí baûo veä

Khaéc phuïc ñöôïcnhöôïc ñieåm cuûa pphaøn töï ñoäng; Linh hoaït trong thicoâng; Chaát löôïng ñöôønghaøn toát;


46/209

e. Caùc yeâu caàu chính khi haøn vaø phöông phaùp kieåmtra chaát löôïng ñöôøng haøn+ Caùc yeâu caàu chính khi haøn • Laøm saïch gæ treân maët raõnh haøn;• Cöôøng ñoä doøng ñieän phaûi thích hôïp;• Gia coâng meùp baûn theùp ñuùng qui ñònh;• Choïn que haøn phuø hôïp;• Phoøng ngöøa bieán hình haøn;+ Caùc phöông phaùp kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn • Kieåm tra baèng maét:maët ñöôøng haøn trôn, khoâng nöùt raïn,loài loõm;• Duøng caùc phöông phaùp vaät lyù nhö sieâu aâm, ñieän töø,quang tuyeán, v.v…

2.1.4. Caùc Loaïi Ñöôøng Haøn Vaø Cöôøng Ñoä Tính Toaùna. Ñöôøng haøn ñoái ñaàu+ Caáu taïo • Laø ñöôøng haøn lieân keát tröïc tieáp hai caáu kieän cuøng naèmtrong moät maët phaúng;• Ñöôøng haøn ñoái ñaàu coù theå thaúng goùc hoaëc xieân goùcvôùi truïc cuûa caáu kieän;

Hình 2.3. Ñöôøng haøn ñoái ñaàu


47/209

+ Öu vaø nhöôïc ñieåm Öu ñieåm

• Truyeàn löïc toát;• Laøm vieäc gioáng nhö thanh cô baûn;Nhöôïc ñieåm• Gia coâng meùp baûn theùp (khi baûn theùp daøy, t = δ > 8mm);+ Cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu • Khi chòu neùn (khoâng phuï thuoäc vaøo phöông phaùp kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn )fwc = f (f, cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp cô baûn );Theùp CCT34, fwc = 2100daN/cm2;

C, nhoùm C;

CT, cacbon thöôøng;fu = 34kN/cm2, cöôøng ñoä tieâu chuaån cuûa theùp theo söùcbeàn keùo ñöùt;

• Khi chòu keùo- Duøng phöông phaùp vaät lyù kieåm tra chaát löôïngñöôøng haønfwt = f, theùp CCT34, fwt = 2100daN/cm2;- Duøng caùc phöông phaùp khaùcfwt = 0.85f, theùp CCT34, fwt = 1785daN/cm2;

• Khi chòu caétfwv = fv, theùp CCT34, fwv = 1200daN/cm2;

fv, cöôøng ñoä tính toaùn khi chòu caét cuûa theùp cô baûn;


48/209

b. Ñöôøng haøn goùc+ Caáu taïo

• Laø ñöôøng haøn naèm ôû goùc vuoâng taïo bôûi hai caáu kieäncaàn haøn;• Tieát dieän ñöôøng haøn laø moät tam giaùc vuoâng caân, caïnhcuûa tam giaùc goïi laø chieàu cao ñöôøng haøn hf;

Hình 2.3. Ñöôøng haøn goùc

+ Chieàu cao ñöôøng haøn hfmax ≤ 1.2tmintmin: chieàu daøy nhoû nhaát trong soá caùc baûn theùp ñöôïc lieânkeát;

Phöông

phaùp

haøn

hfmin khi chieàu daøy cuûa baûn theùp tmax, mm

46 610 1116 1722 2332 3340 4180

Tay 4 5 6 7 8 9 10

Töïñoäng

3 4 5 6 7 8 9

Baûng 2.1. Chieàu cao nhoû nhaát cuûa ñöôøng haøn goùch fmin , mm


49/209

Tuøy theo vò trí cuûa ñöôøng haøn so vôùi phöông cuûa löïc taùcduïng maø chia ra:• Ñöôøng haøn goùc caïnh laø ñöôøng haøn goùc song song vôùiphöông cuûa löïc taùc duïng;• Ñöôøng haøn goùc ñaàu laø ñöôøng haøn goùc vuoâng goùc vôùiphöông cuûa löïc taùc duïng;

Ñöôøng haøn goùc caïnh Ñöôøng haøn goùc ñaàu

Hình 2.4. Caùc loaïi ñöôøng haøn goùc

N

N

N N

+ Söï laøm vieäc cuûa ñöôøng haøn goùc caïnh • ÖÙng suaát phaân boá khoâng ñeàu theo chieàu roäng, chieàudaøi baûn theùp;• Hai muùt cuûa ñöôøng haøn chòu τmax;

Hình 2.5. Söï phaân boá öùng suaát trong ñöôøng haøn goùc caïnh


50/209

• Chòu ñoàng thôøi caû öùng suaát caét vaø uoán. Trong tính toaùncoi nhö chuùng chæ chòu caét quy öôùc vaø phaù hoaïi theo haidaïng sau:

- moät trong hai tieát dieän doïc theo kim loaïi ñöôøng haøn(tieát dieän 1);- theo bieân noùng chaûy cuûa theùp cô baûn (tieát dieän 2 );

Hình 2.6. Daïng phaù hoaïi vaø tieát dieän laøm vieäc cuûa ñöôønghaøn goùc caïnh

daïng phaù hoaïi caùc tieát dieän laøm vieäc

+ Söï laøm vieäc cuûa ñöôøng haøn goùc ñaàu • Truyeàn löïc ñeàu theo beà roäng cuûa lieân keát;• Chòu ñoàng thôøi caû öùng suaát caét, keùo vaø uoán. Trong tínhtoaùn coi nhö chuùng chæ chòu caét quy öôùc vaø bò phaù hoaïitheo tieát dieän 1 vaø 2 gioáng ñöôøng haøn goùc caïnh;+ Cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn goùc • ÖÙng vôùi tieát dieän 1: cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûatheùp ñöôøng haøn fwf;

Loaïi que haøn theo TCVN 3223 : 1994 f wf (daN/cm2)

N42, N42 - 6B 1800

N46, N46 - 6B 2000

N50, N50 - 6B 2150

Baûng 2.2. Cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûa theùpñöôøng haøn f wf


51/209

• ÖÙng vôùi tieát dieän 2: cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûatheùp cô baûn fws = 0.45fu;fu: cöôøng ñoä tieâu chuaån cuûa theùp theo söùc beàn keùo ñöùt;

c. Caùc caùch phaân loaïi ñöôøng haøn khaùc+ Theo coâng duïng • Ñöôøng haøn chòu löïc (ñeå truyeàn löïc );• Ñöôøng haøn khoâng chòu löïc (ñeå caáu taïo );+ Theo vò trí • Ñöôøng haøn naèm;• Ñöôøng haøn ñöùng;• Ñöôøng haøn ngöôïc;+ Theo ñòa ñieåm cheá taïo

• Ñöôøng haøn nhaø maùy;• Ñöôøng haøn coâng tröôøng;

+ Theo tính lieân tuïc cuûa ñöôøng haøn • Ñöôøng haøn lieân tuïc;• Ñöôøng haøn khoâng lieân tuïc;Khoaûng caùch lôùn nhaát giöõa hai ñöôøng haøn, amax:amax ≤ 15tmin: caáu kieän chòu neùn;amax ≤ 30tmin: caáu kieän chòu keùo hoaëc caùc boä phaän caáutaïo;tmin: chieàu daøy cuûa baûn theùp moûng nhaát;


52/209

Baûng 2.3. Kyù hieäu caùc loaïi ñöôøng haøn

2.1.5. Caùc Loaïi Lieân Keát Haøn Vaø Phöông Phaùp TínhToaùna.Lieân keát ñoái ñaàu+ Khi chòu löïc truïc

Kieåm tra beàn:

(2.1)

Hình 2.7. Lieân keát haøn ñoái ñaàu thaúng chòu löïc truïc

≤==cwc

cwt

ww

w f

f

tl

N

A

N

γ

γ σ

b


53/209

Trong ñoù: • N: löïc keùo hoaëc neùn;

• Aw: dieän tích tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu;• t: beà daøy tính toaùn cuûa ñöôøng haøn, baèng beà daøy cuûatheùp cô baûn (t = tmin);• lw: chieàu daøi tính toaùn cuûa ñöôøng haøn, lw = b - 2t;• b: chieàu daøi thöïc teá cuûa ñöôøng haøn, chính laø chieàuroäng theùp cô baûn;• γ c: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc;• fwt: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu khi chòukeùo;• fwc: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu khi chòu

neùn;

Khi cườ ng độ tính toán chịu kéo của đườ ng hàn fwt < f (f, cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp cô baûn ), duøng ñöôøng haøn xieân;

(2.2)

Hình 2.8. Lieân keát haøn ñoái ñaàu xieân chòu löïc truïc

cwv

w

w

cwc

cwt

w

w

f tl

N

f

f

tl

N

γ α

τ

γ

γ α σ

≤=

≤=

cos

sin


54/209

Trong ñoù: • σw, τw: öùng suaát phaùp vaø öùng suaát tieáp trong ñöôønghaøn;• α: goùc nghieâng cuûa ñöôøng haøn so vôùi phöông cuûa löïctruïc N;• lw: chieàu daøi tính toaùn cuûa ñöôøng haøn xieân;

(2.3)

• fwv: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu khi chòucaét;+ Khi chòu M;

(2.4)

t b

lw 2sin

−=α

cwt

w

w f W

M γ σ ≤=

Trong ñoù: • Ww: moment khaùng uoán cuûa tieát dieän ñöôøng haøn;

(2.5)

+ Khi chòu M, V;

(2.6)

Heä soá 1.15 keå ñeán söï phaùt trieån cuûa bieán daïng deûotrong ñöôøng haøn.

6

2

w

w

tlW =

ww

w

ww

w

cwt wwtd

tlV

AV

tl

M

W

M

f

==

==

≤+=

τ

σ

γ τ σ σ

2

22

6

15.13


55/209

b.Lieân keát gheùp choàng duøng ñöôøng haøn goùc

+Tính toaùn lieân keát gheùp choàng chòu löïc truïc

Hình 2.9. Lieân keát gheùp choàng

N N

a ≥ 5t min; t=2÷ 5mmt 2

t 1

Hình 2.10. Caùc tieát dieänlaøm vieäc

• Tieát dieän 1 (theo vaät lieäu ñöôøng haøn )(2.7)

•Tieát dieän 2 (theo vaät lieäu cuûa theùp cô baûn )(2.8)

Trong ñoù: + hf: chieàu cao ñöôøng haøn goùc;+ ∑lw: toång chieàu daøi tính toaùn cuûa caùc ñöôøng haøn;

+ β f, βs: caùc heä soá chieàu saâu noùng chaûy cuûa ñöôøng haønöùng vôùi caùc tieát dieän 1 vaø 2;+ fwf, fws: cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét quy öôùc cuûa theùpñöôøng haøn vaø theùp cô baûn;

cwf

w f f

f lh

N γ

β ≤

∑

cws

w f s

f lh

N γ

β ≤

∑


56/209

Khi thieát keá neân choïn tröôùc hf,(2.9a)

(βfw)min = min(βffwf; βsfws);lwmin ≥ 4hf vaø lw ≥ 40mm;lw ≤ 85βfhf (ñöôøng haøn goùc caïnh);

cw f

w f h

N l

γ β min)(

=∑

Baûng 2.4. Heä soá β f vaø β s cuûa ñöôøng haøn goùc


57/209

Baûng 2.5. Heä soá phaân phoái noäi löïc N khi lieân keát caùctheùp goùc vôùi theùp baûn

Loaïi theùp goùc Caùch lieân keát k 1 - k

Ñeàu caïnh 0.7 0.3

Khoâng ñeàu caïnhhaøn theo caïnhngaén

0.75 0.25

Khoâng ñeàu caïnh

haøn theo caïnhdaøi 0.6 0.4

c.Lieân keát coù baûn gheùp

Ñeå caùc baûn gheùp truyeàn ñöôïc löïc, yeâu caàu:∑Abg ≥ A (2.9)

Trong ñoù: ∑ Abg: toång dieän tích tieát dieän caùc baûn gheùp;A: dieän tích tieát dieän caáu kieän cô baûn;Tính toaùn töông töï lieân keát gheùp choàng .

Hình 2.12. Lieân keát coù baûn gheùp

Baûn gheùp


58/209

d.Lieân keát hoãn hôïpLaø lieân keát ñoái ñaàu coù theâm caùc baûn gheùp vôùi caùcñöôøng haøn goùc.

+ Tính toaùn

• Ñieàu kieän beàn: (2.10)

Hình 2.13. Lieân keát ho ãn hôïp

Baûn gheùp

N N

ccwt

bg

w f A A

N γ σ )(≤

+=

∑

fwt(c): cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñöôøng haøn ñoái ñaàu khi chòukeùo (neùn);• Löïc truyeàn qua baûn gheùp:Nbg = σwAbg (2.11)•Toång chieàu daøi caàn thieát cuûa ñöôøng haøn goùc ñeå lieânkeát moät baûn gheùp ôû moät phía cuûa lieân keát:

(2.12)

(βfw)min = min(βffwf; βsfws);e.Tính toaùn lieân keát haøn vôùi ñöôøng haøn goùc chòumoment vaø löïc caét

cw f

bg

w f h

N l

γ β min)(=∑


59/209

+ Khi chæ coù M taùc duïng • Tính theo vaät lieäu ñöôøng haøn (tieát dieän 1)

(2.13)

• Tính theo vaät lieäu cuûa theùp cô baûn (tieát dieän 2 )(2.14)

Trong ñoù: (2.15)

(2.16)

Wwf(s): moment khaùng cuûa ñöôøng haøn theo tieát dieän 1, 2;

cwf

wf

M f W M γ τ ≤=1

cws

ws

M f W

M γ τ ≤=

2

6

2∑=

w

f f wf

lhW β

6

2∑=

w

f sws

lhW β

+ Khi chæ coù V taùc duïng • Tính theo vaät lieäu ñöôøng haøn (tieát dieän 1)

(2.17)

• Tính theo vaät lieäu cuûa theùp cô baûn (tieát dieän 2 )(2.18)

Awf, Aws: dieän tích tính toaùn cuûa tieát dieän ñöôøng haøntöông öùng vôùi caùc tieát dieän 1, 2;

Awf = βfhf∑lw (2.19)Aws = βshf∑lw (2.20)+ Khi coù M, V taùc duïng ñoàng thôøi

cwf

wf

V f A

V γ τ ≤=

1

cws

ws

V f A

V γ τ ≤=

2


60/209

• Tính theo vaät lieäu ñöôøng haøn (tieát dieän 1)

(2.21)

• Tính theo vaät lieäu cuûa theùp cô baûn (tieát dieän 2 )

(2.22)

cwf wf wf

td f

A

V

W

M γ τ ≤

+

=

22

cws

wsws

td f A

V

W

M γ τ ≤

+

=

22

B. LIEÂN KEÁT BULOÂNG2.5. CAÙC LOAÏI BULOÂNG DUØNG TRONG KEÁTCAÁU THEÙP2.5.1. Caáu Taïo Chung Cuûa Buloânga. Caáu taïo

Hình 2.14. Caáu taïo cuûa buloâng

d d 0

Muõ buloâng

D

Phaàn bò ren

l 0 l


61/209

Thaân buloâng: ñoaïn theùp troøn, d= 12 ÷ 48mm;boulone neo coù d ≅ 100mm; d0: ñöôøng kính trong cuûa phaàn bò ren;

Chieàu daøi cuûa phaàn ren: l0 ≅ 2,5d; Chieàu daøi buloâng : l = 35 ÷ 300 mm;

eâcu (ñai oác)

long ñen (ñeäm)

Hình 2.15. Lieân keát buloâng

Theùp cô baûn

Muõ, eâcu (ñai oác ) thöôøng coù hình luïc giaùc; Long ñen (ñeäm): hình troøn → phaân phoái aùp löïccuûa eâcu leân maët theùp cô baûn;b. Caùc loaïi buloâng Tuøy theo caùch saûn xuaát, vaät lieäu, tính chaát laømvieäc cuûa buloâng, coù caùc loaïi sau: Buloâng thoâ; Buloâng thöôøng; Buloâng tinh; Buloâng cöôøng ñoä cao;v.v…


62/209


63/209


64/209


65/209

2.5.2. Buloâng thoâ vaø buloâng thöôøng Ñöôïc saûn xuaát töø theùp cacbon baèng caùch reøn,

daäp; Ñöôøng kính thaân buloâng phaûi nhoû hôn ñöôøngkính loã (loã loaïi C ) töø 2 ÷ 3mm; Bò bieán daïng nhieàu khi laøm vieäc chòu tröôït;ÖÙng duïng: Duøng buloâng (thoâ, thöôøng) khi chuùng laøm vieäcchòu keùo hoaëc ñeå ñònh vò caùc caáu kieän khi laépgheùp;

Khoâng neân duøng chuùng khi theùp cô baûn coùgiôùi haïn chaûy fy > 3800daN/cm2;

2.5.3. Buloâng tinh Laøm töø theùp cacbon, theùp hôïp kim thaáp baèngcaùch tieän, ñoä chính xaùc cao; Ñöôøng kính thaân buloâng phaûi nhoû hôn ñöôøngkính loã (loã loaïi B ) ≤ 0.3mm; Khe hôû giöõa buloâng vaø loã nhoû neân lieân keátchaët; Coù theå laøm vieäc chòu caét;

ÖÙng duïng: Do tính phöùc taïp khi saûn xuaát vaø laép ñaët buloângvaøo loã (phaûi duøng buùa goõ nheï) neân loaïi buloângnaøy ít duøng.


66/209

2.5.4. Buloâng cöôøng ñoä cao Ñöôïc laøm töø theùp hôïp kim, sau ñoù gia coâng

nhieät; Ñeå ñaûm baûo khaû naêng chòu löïc cuûa lieân keátbuloâng cöôøng ñoä cao, caàn gia coâng maët caùc caáukieän lieân keát ñeå taêng tính ma saùt;ÖÙng duïng: Deã cheá taïo, khaû naêng chòu löïc lôùn, lieân keát ítbieán daïng neân ñöôïc duøng roäng raõi; Thay theá cho lieân keát ñinh taùn trong caùc keát

caáu chòu taûi troïng naëng, taûi troïng ñoäng;

2.6. SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA LIEÂN KEÁT BULOÂNGVAØ KHAÛ NAÊNG CHÒU LÖÏC CUÛA BULOÂNG2.6.1. Söï Laøm Vieäc Chòu Tröôït Cuûa Lieân KeátBuloâng (thoâ – thöôøng – tinh)a. Khaû naêng laøm vieäc chòu caét cuûa buloâng


67/209

a. Khaû naêng laøm vieäc chòu caét cuûa buloâng

Hình 2.15. Söï phaù hoaïi do caét cuûa buloâng

a. Khaû naêng laøm vieäc chòu caét cuûa buloâng Khi ñöôøng kính buloâng nhoû, baûn theùp daøy,buloâng coù theå bò phaù hoaïi do caét ngang thaân; Khaû naêng chòu caét cuûa moät buloâng ñöôïc tínhtheo coâng thöùc:[N]vb=fvbγ bAnv (2.23)Trong ñoù: fvb: cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûa vaät lieäubuloâng;

γ b: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa lieân keát buloâng;A: dieän tích tieát dieän ngang cuûa thaân buloâng;


68/209

a.Khaû naêng laøm vieäc chòu caét cuûa buloâng nv: soá löôïng maët caét tính toaùn cuûa buloâng, phuï

thuoäc vaøo soá löôïng caáu kieän chòu löïc ñöôïc lieânkeát; Khi coù hai caáu kieän: nv = 1; Khi coù ba caáu kieän: nv = 2;

Baûng 2.5. Cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét f vb vaø keùo f tb cuûabuloâng

Traïngthaùilaømvieäc

Kyùhieäu

Caáp ñoä beàn

4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9

Caét f vb 150 160 190 200 230 320 400

Keùo f tb 170 160 210 200 250 400 500

Ñôn vò tính: N/mm2


69/209

Baûng 2.6. Heä soá ñieàu kieän laøm vieäc γ b

Baûng 2.7. Dieän tích tieát dieän cuûa buloâng A, Abn , cm2 ( TCVN 1916:1995)

d, mm 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48

p, mm 2 2.5 2.5 2.5 3 3 3.5 4 4.5 5

A 2.01 2.54 3.14 3.8 4.52 5.72 7.06 10.17 13.85 18.09

Abn 1.57 1.92 2.45 3.03 3.52 4.59 5.6 8.16 11.2 14.72

p: böôùc ren;Abn: dieän tích thöïc cuûa tieát dieän thaân buloâng (ñaõtröø giaûm yeáu do ren );


70/209

b. Khaû naêng laøm vieäc chòu eùp maët cuûa buloâng

Hình 2.16. Söï laøm vieäc eùp maët cuûa buloâng

b. Khaû naêng laøm vieäc chòu eùp maët cuûa buloâng Neáu khoaûng caùch giöõa caùc loã buloâng hoaëc töøloã buloâng ñeán meùp baûn theùp quaù ngaén thì baûntheùp coù theå bò phaù hoaïi tröôït (caét ñöùt theo caùc ñöôøng tröôït 2-3 ) do taùc duïng eùp maët cuûa buloângleân thaønh loã; σx, σy: caùc öùng suaát trong baûn theùp; Khaû naêng chòu tröôït cuûa baûn theùp khi xemchieàu daøi tröôït l = a,

S = 2atfv (2.24)Trong ñoù: a: khoaûng caùch töø troïng taâm loã buloâng ñeán meùpbaûn theùp;


71/209

t: chieàu daøy baûn theùp;fv: cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûa theùp lieân keát;

Khaû naêng chòu eùp maët cuûa moät buloâng ñöôïctính theo coâng thöùc:[N]cb = fcbγ bd(∑t)min (2.25)Trong ñoù: fcb: cöôøng ñoä tính toaùn chòu eùp maët cuûa buloâng;(∑t)min : toång chieàu daøy nhoû nhaát cuûa caùc baûntheùp cuøng tröôït veà moät phía;

Baûng 2.8. Cöôøng ñoä tính toaùn chòu eùp maët f cb cuûa buloâng


72/209

2.6.2. Söï Laøm Vieäc Chòu Tröôït Cuûa Lieân KeátBuloâng Cöôøng Ñoä Cao

Löïc ma saùt giöõa caùc baûn theùp hoaøn toaøn tieápnhaän löïc tröôït do ngoaïi löïc gaây neân; Buloâng chæ chòu keùo do söï xieát chaët eâcu;

Hình 2.17. Söï laøm vieäc chòu tröôït cuûa buloâng cöôøng ñoä cao

Khaû naêng chòu tröôït cuûa moät buloâng ñöôïc tínhtheo coâng thöùc:[N]b = fhbγ b1Abn(µ /γ b2)nf (2.26)Trong ñoù: fhb: cöôøng ñoä chòu keùo tính toaùn cuûa vaät lieäubuloâng, fhb = 0.7fub ;fub: cöôøng ñoä töùc thôøi tieâu chuaån cuûa vaät lieäubuloâng;

µ: heä soá ma saùt;nf: soá löôïng maët phaúng ma saùt tính toaùn; Khi coù hai baûn theùp lieân keát: nf = 1; Khi coù ba baûn theùp lieân keát: nf = 2;


73/209

γ b1 : heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa lieân keátbuloâng, giaù trò phuï thuoäc vaøo soá löôïng buloâng

chòu löïc na; γ b1 = 0.8 neáu na < 5; γ b1 = 0.9 neáu 5 ≤ na < 10; γ b1 = 1 neáu na ≥ 10;γ b2 : heä soá ñoä tin caäy cuûa lieân keát;

Baûng 2.9. Heä soá ma saùt µ

vaø heä soá ñoä tin caäyγ b2


74/209

2.6.3. Söï Laøm Vieäc Cuûa Buloâng Khi Chòu Keùo

Khaû naêng chòu keùo cuûa moät buloâng ñöôïc tínhtheo coâng thöùc:[N]tb = ftbAbn (2.27)ftb: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa vaät lieäu buloâng khi

laøm vieäc chòu keùo;

Hình 2.18. Söï laøm vieäc chòu keùo cuûa buloâng

2.7. TÍNH TOAÙN LIEÂN KEÁT BULOÂNG2.7.1. Tính toaùn lieân keát buloâng chòu löïc truïc

Hình 2.19. Lieân keát buloâng chòu löïc truïc


75/209

a. Choïn ñöôøng kính buloâng vaø kích thöôùc caùc baûn gheùp

Coâng trình thoâng thöôøng: d = (20 ÷ 24)mm; Coâng trình naëng: d = (24 ÷ 30)mm; Kích thöôùc baûn gheùp:∑Abg ≥ A (2.28)

Trong ñoù: ∑Abg: toång dieän tích tieát dieän ngang cuûa caùc baûngheùp;A: dieän tích tieát dieän cuûa caáu kieän ñöôïc lieân keát; Neân boá trí buloâng theo phöông vuoâng goùc vôùiphöông cuûa löïc;

b. Tính toaùn soá löôïng buloâng theo ñieàu kieän chòu caét vaø eùp maët

Ñoái vôùi buloâng (thoâ, thöôøng, tinh ), soá löôïngbuloâng caàn thieát ñöôïc tính theo coâng thöùc:

(2.28.a)

Trong ñoù: [N]minb = min([N]vb, [N]cb);

Caáu kieän cô baûn bò giaûm yeáu do loã buloâng,kieåm tra beàn caùc baûn theùp theo coâng thöùc:(2.29)

[ ] cb N N

nγ min

≥

bl

n

f A

N γ ≤


76/209

Trong ñoù: An: dieän tích tieát dieän thöïc cuûa baûn theùp ñöôïc

laáy nhö sau: Ñoái vôùi buloâng (thoâ, thöôøng, tinh )

Hình 2.20. Kieåm tra beàn baûn theùp

Khi buloâng boá trí song song, tieát dieän kieåm tralaø tieát dieän 1-1:An = A – A1 (2.30)Trong ñoù: A1: dieän tích giaûm yeáu do caùc loã buloâng gaây ra;A1 = mtd1 (2.31)m: soá löôïng loã treân moät haøng buloâng;t: chieàu daøy caáu kieän moûng nhaát;d1: ñöôøng kính loã buloâng; Khi buloâng boá trí so le thì,A1 = max(A15; A12345 – s2t/4u) (2.32)


77/209

Trong ñoù: A15: dieän tích giaûm yeáu do caùc loã xeáp treânñöôøng 15;

A12345: dieän tích giaûm yeáu do caùc loã xeáp treânñöôøng 12345;

Hình 2.21. Caùch xaùc ñònh dieän tích thöïc

s: böôùc loã so le;t: chieàu daøy thanh theùp coù loã;u: khoaûng caùch ñöôøng loã;γ bl: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc, ñöôïc laáy nhö sau;+ γ bl = 1.1: daàm ñaëc, coät, baûn noái;+ γ bl = 1.05: keát caáu thanh cuûa maùi vaø saøn; Ñoái vôùi buloâng cöôøng ñoä cao, soá löôïngbuloâng caàn thieát ñöôïc tính theo coâng thöùc:

(2.33)

[N]b: khaû naêng chòu löïc tröôït cuûa moät buloâng;

[ ] cba

N N nγ

≥


78/209

Kieåm tra beàn caùc baûn theùp theo coâng thöùc:

(2.34)

Khi chòu taûi troïng tónh: An = A neáu An ≥ 0.85A; Khi An < 0.85A, tính theo dieän tích quy öôùc

Ac = 1.18An; Khi chòu taûi troïng ñoäng: An ; γ bl = 1;2.7.2. Tính toaùn lieân keát buloâng khi chòu keùo

(2.35)

bln

f A

N γ ≤

[ ] ctb N N

n γ ≥

Trong ñoù: N: löïc keùo taùc duïng vaøo lieân keát;[N]tb: khaû naêng chòu keùo cuûa moät buloâng;γ c heä soá ñieàu kieän laøm vieäc;2.7.3. Tính toaùn lieân keát buloâng chòu momentvaø löïc caétM = ∑Nili = N1l1 + N2l2 + …+ Nili (2.36)Trong ñoù:

N1: löïc taùc duïng leân daõy ñinh ngoaøi cuøng;Ni: löïc taùc duïng leân daõy ñinh thöù i;li: caùnh tay ñoøn cuûa caùc caëp ngaãu löïc Ni;


79/209

Hình 2.22. Lieân keát buloâng chòu moment vaø löïc caét

Ni = N1li /l1 (2.37)(2.38)

(2.39)

lmax = l1: khoaûng caùch giöõa hai daõy buloâng ngoaøicuøng;Goïi m, soá löôïng buloâng treân moät daõy ôû moät phía

cuûa lieân keát; Löïc taùc duïng leân moät buloâng do M:(2.40)

( ) ∑

=+++

= 2

1

122

2

2

1

1

1 ... ii ll

N lll

l

N M

∑==

2

max

max1

il

Ml N N

[ ] cb

i

blM N

lm

Ml

m

N N γ min2

maxmax ≤==∑


80/209

Ñoái vôùi buloâng (thoâ, thöôøng, tinh )[N]minb = min([N]vb, [N]cb); (2.41) Ñoái vôùi buloâng cöôøng ñoä cao[N]minb = [N]b (2.42) Löïc taùc duïng leân moät buloâng do V:NblV = V/n (2.43)n: soá löôïng buloâng treân moät nöûa lieân keát; Löïc taùc duïng leân moät buloâng do M, V:

(2.44)

[ ] cbblV blM bl

N N N N γ min22 ≤+=

Baûng 2.10. Quy ñònh boá trí buloâng


81/209

2.8. BOÁ TRÍ BULOÂNG Khoaûng caùch min

Hình 2.23. Boá trí buloâng daïng song song

Khoaûng caùch min

Hình 2.24. Boá trí buloâng daïng so le


82/209

Khoaûng caùch max (caáu kieän chòu keùo )

Hình 2.25. Boá trí buloâng cho caáu kieän chòu keùo

Khoaûng caùch max (caáu kieän chòu neùn )

Hình 2.26. Boá trí buloâng cho caáu kieän chòu neùn

8/18/2019 Bài Giảng Th�

Documents

Bài Giảng Thầy Bình (Hvktqs) kết cấu thép