Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép: Chương IV

Chia sẻ: Nguyễn Quang Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

161
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép - Chương IV: Đại cương về kết cấu thép, giới thiệu đến người đọc các nội dung: ưu và khuyết điểm của kết cấu thép, phạm vi ứng dụng, yêu cầu đối với kết cấu thép, vật liệu và sự làm việc của kết cấu thép, sự làm việc của thép chịu tải trọng, tính toán cấu kiện. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Xây dựng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép: Chương IV

Chöông 4 ÑAÏI CÖÔNG VEÀ KEÁT CAÁU THEÙP Khaùi nieäm “Keát caáu theùp” (KCT) duøng ñeå chæ nhöõng keát caáu chòu löïc cuûa caùc coâng trình xaây döïng laøm baèng theùp hoaëc kim loaïi khaùc noùi chung. 0.1. ÖU VAØ KHUYEÁT ÑIEÅM CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP 0.1.1. Öu Ñieåm Khaû naêng chòu löïc lôùn, ñoä tin caäy cao; • Khaû naêng chòu löïc lôùn: vaät lieäu theùp coù cöôøng ñoä lôùn; • Ñoä tin caäy cao: caáu truùc thuaàn nhaát cuûa vaät lieäu, söï laøm vieäc ñaøn hoài vaø deûo cuûa vaät lieäu gaàn saùt nhaát vôùi caùc giaû thieát tính toaùn. Troïng löôïng nheï; 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 1
Keát caáu theùp nheï nhaát trong soá caùc keát caáu chòu löïc nhö: BTCT, gaïch ñaù, goã. γ c= (0.1) f 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. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 2
0.1.2. Nhöôïc Ñieåm Bò aên moøn; Chòu löûa keùm. Theùp khoâng chaùy nhöng ôû nhieät ñoä t=(500÷600)0C, theùp chuyeån sang deûo, maát khaû naêng chòu löïc, keát caáu bò suïp ñoå deã daøng. 0.2. 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. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 3
0.3. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI KEÁT CAÁU THEÙP Yeâu caàu veà söû duïng. • Thoûa maõn caùc yeâu caàu veà chòu löïc ñeà ra do ñieàu kieän söû duïng; • Ñaûm baûo ñoä beàn laâu thích ñaùng cuûa coâng trình; • Ñeïp, ñaëc bieät quan troïng ñoái vôùi nhaø coâng coäng coù keát 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; 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 4
VAÄT LIEÄU VAØ SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP 1.1. THEÙP XAÂY DÖÏNG 1.1.1. Phaân Loaïi Theùp Xaây Döïng + Theùp vaø gang laø hôïp kim ñen cuûa Fe vaø C, ngoaøi ra coøn 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. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 5
a. Theo thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa theùp + Theùp cacbon, vôùi löôïng C
+ Theùp tónh: trong quaù trình nguoäi khoâng coù hôi boác ra nhö theùp soâi, do ñaõ ñöôïc theâm nhöõng chaát khöû oxy nhö Si, Al, Mn, v.v… Loaïi theùp naøy chòu löïc ñoäng toát, khoù bò phaù hoaïi gioøn. + Theùp nöûa tónh: laø trung gian giöõa theùp tónh vaø theùp soâi, trong ñoù oxy khoâng ñöôïc khöû hoaøn toaøn. 1.1.2. Caáu Truùc Vaø Thaønh Phaàn Hoùa Hoïc Cuûa Theùp a. Caáu truùc cuûa theùp Theùp coù caáu truùc tinh theå, theùp goàm coù hai toå chöùc chính: + Ferit (laø saét nguyeân chaát), chieám 99% theå tích, maøu saùng, coù tính meàm vaø deûo. + Xementit, laø hôïp chaát Fe3C, raát cöùng vaø gioøn. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 7
b. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa theùp Theùp cacbon, ngoaøi hai thaønh phaàn chính laø saét vaø cacbon, 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 haøm löôïng Mn vöôït quaù 1.5%, theùp trôû neân gioøn. + Si, laøm taêng cöôøng ñoä cuûa theùp nhöng laøm giaûm tính choáng 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 ñoä thaáp). + S, laøm theùp trôû neân gioøn noùng (gioøn ôû nhieät ñoä cao), neân deã bò nöùt khi haøn vaø reøn. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 8
1.2. QUY CAÙCH THEÙP CAÙN DUØNG TRONG XAÂY DÖÏNG Keát caáu xaây döïng ñöôïc cheá taïo töø caùc theùp taám, theùp hình coù nhieàu loaïi kích thöôùc khaùc nhau. Theùp caùn noùng bao goàm caùc loaïi theùp sau: + Theùp hình; + Theùp taám; + Theùp hình daäp, caùn nguoäi; + Theùp phoå thoâng; 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 9
x0 d y u d y y0 x0 B b x x x z0 y0 x0 b b y0 y y Hình 1.2.a : theùp goùc ñeàu caïnh Hình 1.2.b : theùp goùc khoâng ñeàu caïnh y y z0 t d d x x x h h d y y b b D Hình 1.2.c : theùp chöõ I Hình 1.2.d : theùp chöõ [ Hình 1.2.e : theùp oáng 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 10
1.2.1. Theùp Hình a. Theùp goùc • Coù 2 loaïi: ñeàu caïnh vaø khoâng ñeàu caïnh, vôùi tæ leä hai caïnh khoaûng 1:1.5 ñeán 1:2. • Theùp goùc ñeàu caïnh goàm 50 loaïi tieát dieän töø nhoû nhaát laø L20x20x3 ñeán lôùn nhaát laø L250x250x35. • Theùp goùc khoâng ñeàu caïnh goàm 72 loaïi tieát dieän töø nhoû nhaát laø L30x20x3 ñeán lôùn nhaát laø L200x150x25. • Ñaëc ñieåm: caùnh coù hai meùp song song vôùi nhau, tieän cho vieäc caáu taïo lieân keát, chieàu daøi thanh theùp goùc töø 4÷13m. • Phaïm vi söû duïng: thanh cuûa daøn, thanh cuûa heä giaèng, lieân keát vôùi caùc loaïi theùp khaùc ñeå taïo neân caùc caáu kieän toå hôïp nhö gheùp vôùi caùc baûn theùp thaønh tieát dieän coät roãng, tieát dieän daàm chöõ I,…v.v 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 11
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 ñoä cöùng 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 roäng neân tieän lieân keát vôùi caùc caáu kieän khaùc. • Phaïm vi söû duïng: laøm daàm chòu uoán, ñaëc bieät hay duøng laøm xaø goà maùi chòu uoán xieân hoaëc ñöôïc gheùp thaønh thanh tieát dieän ñoái xöùng, duøng laøm coät, laøm thaønh daøn caàu…v.v. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 12
d. Theùp oáng • Coù hai loaïi: khoâng coù ñöôøng haøn doïc vaø coù ñöôøng haøn doïc. • Theùp oáng coù tieát dieän ñoái xöùng, vaät lieäu naèm xa truïc trung hoøa neân ñoä cöùng taêng, chòu löïc khoûe, ngoaøi ra choáng gæ toát. • Phaïm vi söû duïng: duøng laøm caùc thanh daøn, keát caáu coät thaùp cao. 1.2.2. Theùp Taám Ñöôïc duøng roäng raõi vì tính chaát vaïn naêng, coù theå taïo ra caùc loaïi tieát dieän coù hình daïng vaø kích thöôùc baát kyø. Coù caùc loaïi sau: + Theùp taám phoå thoâng, coù beà daøy δ=4÷60mm, roäng B=160÷1050mm, daøi L=6÷12m. Theùp taám phoå thoâng coù boán caïnh phaúng neân söû duïng raát thuaän tieän. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 13
+ Theùp taám daøy, coù δ=4÷160mm, B=600÷3000mm, L=4÷8m. Theùp taám daøy coù beà roäng lôùn neân hay duøng cho 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 thanh thaønh moûng baèng caùch daäp, caùn nguoäi, duøng lôïp maùi,…v.v. 1.2.3. Theùp Hình Daäp, Caùn Nguoäi Ñaây laø loaïi theùp hình môùi so vôùi theùp caùn. Töø caùc theùp taám moûng, daøy δ=2÷16mm, mang daäp, caùn nguoäi maø thaønh. + Coù caùc loaïi tieát dieän: theùp goùc ñeàu caïnh-khoâng ñeàu caïnh, theùp chöõ [, theùp tieát dieän hoäp, …v.v. + Theùp hình daäp, uoán nguoäi coù thaønh moûng, neân nheï hôn nhieàu so vôùi theùp caùn noùng. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 14
+ Phaïm vi söû duïng: duøng chuû yeáu cho caùc loaïi keát caáu theùp nheï, cho nhöõng caáu kieän chòu löïc nhoû nhöng caàn coù 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 toâng coát theùp. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 15
1.3. SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA THEÙP CHÒU TAÛI TROÏNG 1.3.1. Söï Laøm Vieäc Chòu Keùo Cuûa Theùp a. Bieåu ñoà öùng suaát – bieán daïng khi keùo (theùp C thaáp) σ kN/cm2 E 40 σb 38 σc 24 C D σtl 21 B α 0 4 16 22 ε% ε0 Hình 1.3.1. Bieåu ñoà 803001 – K TtC – THÉPn daïng khi keùo 7/30/2012 12:35 PM MS: öùng suaá U bieá 16
ÖÙng suaát σ=P/A, kN/cm2; Hình 1.3.2. Chieàu daøi maãu tröôùc Bieán daïng tæ ñoái: ε=∆l/l, %; vaø sau khi keùo Trong ñoù: P: taûi troïng; A: tieát dieän ban ñaàu cuûa maãu; L: chieàu daøi ban ñaàu cuûa maãu; l l+∆l ∆l: ñoä daõn daøi cuûa maãu öùng vôùi töøng caáp taûi troïng; + Ñoaïn töø 0 ñeán B: (σ, ε) coù quan heä tuyeán ∆l tính, σ=Eε, giai ñoaïn tæ leä, σtl (σñh); E: module ñaøn hoài; Vôùi theùp cacbon thoâng thöôøng, E=2.06e6 daN/cm2; 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 17
+ Ñoaïn töø B ñeán C: (σ, ε) coù quan heä phi tuyeán, theùp khoâng coøn laøm vieäc ñaøn hoài nöõa, giai ñoaïn ñaøn hoài–deûo; + Ñoaïn töø C ñeán D: haàu nhö laø ñoaïn naèm ngang, giai ñoïan chaûy deûo. ε taêng, σ=const, giôùi haïn chaûy σc; + Ñoaïn töø D ñeán E: theùp khoâng chaûy nöõa, giai ñoaïn cuûng coá, giôùi haïn beàn σb , ε0=20÷25%; b. Caùc ñaëc tröng cô hoïc chuû yeáu cuûa theùp + Giôùi haïn tæ leä, σtl ≅ σ h ; + Giôùi haïn chaûy σc, ñoù laø öùng suaát lôùn nhaát coù theå coù trong vaät lieäu, khoâng ñöôïc pheùp vöôït qua (ε=0.2%); + Giôùi haïn beàn σb : coøn goïi laø cöôøng ñoä töùc thôøi cuûa theùp, xaùc ñònh moät vuøng an toaøn döï tröõ giöõa traïng thaùi laøm vieäc vaø traïng thaùi phaù hoaïi; 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 18
+ Bieán daïng khi ñöùt ε0 : ñaëc tröng cho ñoä deûo, ñoä dai cuûa theùp; + Module ñaøn hoài E; Tuøy thuoäc vaøo trò soá cuûa σ, coù theå aùp duïng caùc lí thuyeát tính toaùn sau: • Khi σ ≤ σtl: duøng lí thuyeát ñaøn hoài, vôùi E=const; • Khi σtl
* Söï laøm vieäc chòu neùn cuûa theùp khoâng khaùc söï laøm vieäc chòu keùo, cuøng E, σtl, σñh, σc. Chæ coù trong giai ñoaïn cuûng coá thì khoâng xaùc ñònh ñöôïc σb. Do ñoù, trong giai ñoaïn laøm vieäc ñaøn hoài vaø ñaøn hoài deûo, caùc ñaëc tröng cô hoïc tính toaùn cuûa theùp chòu keùo – chòu neùn laáy gioáng nhau. 1.3.2. Söï Phaù Hoaïi Gioøn Cuûa Theùp Söï phaù hoaïi gioøn laø söï phaù hoaïi ôû bieán daïng nhoû, keøm theo veát nöùt, vaät lieäu laøm vieäc trong giai ñoaïn ñaøn hoài. a. Hieän töôïng cöùng nguoäi Ñoù laø hieän töôïng taêng tính gioøn cuûa theùp sau khi bò bieán daïng deûo ôû nhieät ñoä thöôøng. Theùp sau khi bò bieán daïng deûo thì trôû neân cöùng hôn, giôùi haïn ñaøn hoài cao hôn vaø bieán daïng khi phaù hoaïi nhoû hôn. 7/30/2012 12:35 PM MS: 803001 – K T C U THÉP 20