Bài giảng Kết cấu thép - Trương Quốc Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br /> Bộ môn Kết cấu công trình<br /> <br /> KẾT CẤU THÉP<br /> (Bài giảng)<br /> <br /> Biên soạn:<br /> <br /> Trương Quốc Bình<br /> <br /> HÀ NỘI - 2009<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP ..................................................... 4<br /> 1.1. Mở đầu. ................................................................................................................ 4<br /> 1.2. Vật liệu dùng để chế tạo KCT. .......................................................................... 4<br /> 1.2.1. Thép xây dựng:............................................................................................. 4<br /> 1.2.2. Thép định hình:............................................................................................. 5<br /> 1.3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn. .............................................. 5<br /> 1.3.1. Tải trọng và hệ số tải trọng ......................................................................... 5<br /> 1.3.2. Nội lực tính toán: .......................................................................................... 5<br /> 1.3.3. Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn........................................................ 5<br /> CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT HÀN ...................................................................................... 7<br /> 2.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 7<br /> 2.1.1. Nguyên lý hàn. .............................................................................................. 7<br /> 2.1.2. Phân loại mối hàn. ........................................................................................ 7<br /> 2.1.3.Cường độ tính toán của mối hàn.................................................................... 7<br /> 2.2. Cấu tạo và tính toán mối hàn đối đầu. ................................................................. 8<br /> 2.2.1.Mối hàn chịu lực dọc. .................................................................................... 8<br /> 2.2.2.Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt............................................................ 8<br /> 2.2.3.Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q. .................................................................. 9<br /> 2.3. Cấu tạo và tính toán mối hàn góc: ....................................................................... 9<br /> 2.3.1. Mối hàn chịu lực dọc hoặc lực cắt. ............................................................... 9<br /> 2.3.2.Mối hàn chịu mômen uốn M........................................................................ 11<br /> 2.3.3.Tính mối hàn đồng thời chịu M, N, Q. ........................................................ 11<br /> Bài tập làm thêm ........................................................................................................... 15<br /> CHƯƠNG 3: LIÊN KẾT BULÔNG ............................................................................ 20<br /> 3.1.Khái niệm chung. ................................................................................................ 20<br /> 3.1.1. Phân loại: .................................................................................................... 20<br /> 3.1.2. Hai trạng thái chịu lực cơ bản:.................................................................... 20<br /> 3.1.3. Cường độ tính toán và khả năng chịu lực của một bulông. ........................ 20<br /> 3.2. Tính toán và cấu tạo liên kết bulông.................................................................. 21<br /> 3.2.1. Nguyên tắc tính toán. .................................................................................. 21<br /> 3.2.2. Tính toán lực tác dụng vào bulông. ............................................................ 21<br /> 3.2.3. Bố trí bulông: .............................................................................................. 22<br /> CHƯƠNG 4: DẦM THÉP............................................................................................ 28<br /> 4.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 28<br /> 4.1.1. Phân loại dầm.............................................................................................. 28<br /> 4.1.2. Nguyên tắc tính toán. .................................................................................. 28<br /> 4.2. Thiết kế dầm định hình. ..................................................................................... 28<br /> 4.2.1. Chọn tiết diện dầm:..................................................................................... 28<br /> 4.2.2. Kiểm tra tiết diện chọn: .............................................................................. 28<br /> 4.2.3. Kiểm tra ổn định tổng thể: .......................................................................... 28<br /> 4.3. Dầm ghép. .......................................................................................................... 31<br /> 4.3.1. Xác định chiều cao dầm ghép. .................................................................... 31<br /> 4.3.2. Chọn tiết diện dầm: Xem hình 4-8............................................................. 33<br /> 4.3.3. Kiểm tra tiết diện đã chọn:.......................................................................... 33<br /> <br /> CHƯƠNG 5: CỘT THÉP ............................................................................................. 39<br /> 5.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 39<br /> 5.2. Cột chịu nén trung tâm....................................................................................... 39<br /> 5.2.1. Công thức kiểm tra ổn định: ....................................................................... 39<br /> 5.2.2. Kiểm tra ổn định với các trục của cột. ........................................................ 40<br /> 5.2.3. Thiết kế cột đặc mặt cắt đều: ...................................................................... 41<br /> 5.2.4. Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)................................................. 43<br /> 5.3. Cột đặc chịu nén lệch tâm :................................................................................ 47<br /> CHƯƠNG 6: DÀN THÉP ............................................................................................ 53<br /> 6.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 53<br /> 6.2. Thiết kế dàn........................................................................................................ 54<br /> 6.2.1. Tính toán các thanh dàn. ............................................................................. 54<br /> 6.2.2. Kiểm tra độ mảnh giới hạn: ........................................................................ 55<br /> 6.2.3. Thiết kế mặt dàn: ........................................................................................ 55<br /> 6.2.4. Chiều dài tính toán thanh nén: .................................................................... 55<br /> BẢNG TRA .................................................................................................................. 67<br /> <br /> CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP<br /> 1.1. Mở đầu.<br /> - Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế vì:<br /> • Vững chắc vì thép là vật liệu đồng chất, đẳng hướng<br /> • Nhẹ vì cường độ của thép tương đối cao<br /> • Dễ gia công, dựng lắp<br /> - Kết cấu thép được dùng phổ biến trong công trình thuỷ lợi là cửa van các<br /> loại.<br /> 1.2. Vật liệu dùng để chế tạo KCT.<br /> 1.2.1. Thép xây dựng:<br /> - Thép cacbon : CT2, CT3, CT4, CT5.<br /> - Thép hợp kim thấp : 14T2, 10T2C, 15XCH1D1<br /> Thép hợp kim có cường độ cao hơn và chống rỉ tốt hơn thép cacbon nhưng giá<br /> thành đắt hơn.Thép xây dựng dùng phổ biến nhất là thép cacbon CT3.<br /> - Cường độ tính toán:<br /> R = Rtc ko m<br /> trong đó :<br /> Rtc = σc = 2400 daN/cm2 (CT3)<br /> ko = 0,9 (CT3) - hệ số đồng chất<br /> m ≤ 1 - hệ số điều kiện làm việc<br /> Ứng suất σ = N/F (dN/cm2)<br /> Biến dạng tỉ đối ε = Δl / l 100%<br /> Mô đun đàn hồi E=2,1.106 dN/cm2<br /> (σ = ε E)<br /> Đoạn OA :σtl quan hệ σ~ε tỉ lệ bậc nhất<br /> Đoạn AB : quan hệ σ~ε không tỉ lệ<br /> Đoạn BC: σ giữ nguyên, ε vẫn tăng<br /> Đoạn CD: σ, ε tiếp tục tăng đến g/h bền<br /> <br /> Hình 1-1<br /> Quan hệ ứng suất- biến dạng của mẫu thép CT3<br /> <br /> Bảng 1 Cường độ tính toán của thép R (daN/cm2) (m =1)<br /> <br /> Trạng thái ứng suất<br /> - Kéo, nén<br /> - Cắt<br /> <br /> Ký<br /> hiệu<br /> R<br /> Rc<br /> <br /> Thép<br /> CT3<br /> 2100<br /> 1300<br /> <br /> 1.2.2. Thép định hình:<br /> - Thép dải<br /> 10x40<br /> - Thép bản<br /> 12x1200<br /> - Thép chữ C<br /> ⊂ No. 40<br /> - Thép chữ I<br /> INo. 00<br /> - Thép góc<br /> L120x10<br /> L140x90x8<br /> 1.3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn.<br /> 1.3.1. Tải trọng và hệ số tải trọng<br /> - Tải trọng tiêu chuẩn : tải trọng lớn nhất khi công trình sử dụng bình thường.<br /> Ký hiệu Ptc , qtc<br /> - Tải trọng tính toán : tải trọng lớn nhất có thể xuất hiện trên công trình . Ký<br /> hiệu P, q.<br /> - Hệ số tải trọng:<br /> n=<br /> <br /> P<br /> P<br /> <br /> tc<br /> <br /> P=nPtc<br /> <br /> -Tổ hợp tải trọng: Gồm có hai loại tổ hợp tính toán:<br /> + Tổ hợp lực cơ bản: tt thường xuyên + tt tạm thời ( ngắn và dài hạn)<br /> + Tổ hợp lực đặc biệt: tt thường xuyên + tt tạm thơi dài hạn +1 tải trọng đặc<br /> biệt ( lún hoặc động đất)’<br /> - tải trọng thường xuyên: luôn tác dụng lên công trình( trọng lượng bản thân,<br /> áp lực đất đá., ư/s trước)<br /> - tải trọng tạm thời: t/d trong t/gian nhất định (ngắn hạn: dầm cầu trục, thiết bị<br /> thi công…,dài hạn: trọng lượng thiết bị cố định, áp lực chất lỏng, hơi, nhiệt..)<br /> 1.3.2. Nội lực tính toán:<br /> N = Σ ni Nitc ci<br /> trong đó :<br /> Nitc : nội lực do tải trọng tiêu chuẩn thứ i sinh ra<br /> ni : hệ số tải trọng của tải trọng thứ i<br /> ci : hệ số tổ hợp tải trọng (vì các tải trọng không xuất hiện lớn<br /> nhất cùng một lúc).<br /> 1.3.3. Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn.<br /> - Trạng thái giới hạn thứ nhất (về cường độ và về ổn định)<br /> N = Σ ni Nitc ci ≤ SR*<br /> (1)<br /> trong đó :<br /> S : đặc trưng hình học của cấu kiện<br /> R* = R khi tính toán về cường độ<br /> <br />