Bài giảng Kết cấu thép 1: Chương 1 - Nguyễn Văn Hiếu

Chia sẻ: Trần Văn Tân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

346
lượt xem 100
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kết cấu thép 1 chương 1: Thép và sự làm việc của thép trình bày về phân loại thép trong xây dựng, cấu vtrucq thành phần hóa học của thép, các mác thép dùng trong xây dựng, quy cách thép trong xây dựng, sự làm việc của thép khi chịu trọng tải, phương pháp tính toán kết cấu thép, tính toán cấu kiện cơ bản,.... Tham khảo tài liệu để nắm bắt chi tiết môn học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu thép 1: Chương 1 - Nguyễn Văn Hiếu

KẾT CẤU THÉP 1 CHƯƠNG 1: THÉP & SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP GV: NGUYỄN VĂN HIẾU 1 Tp. HCM, Tháng 02/2013
§1. VẬT LIỆU THÉP TRONG XÂY DỰNG ThÐp vµ gang lµ hîp kim ®en cña s¾t (Fe) vµ cacbon (C), ngoµi ra cßn mét sè c¸c chÊt kh¸c cã tØ lÖ kh«ng ®¸ng kÓ, nh oxy (O), phètpho (P), silic (Si), v.v.. QuÆng s¾t, luyÖn trong Gang lµ lß luyÖn ThÐp, thµnh phÇn lß cao hîp kim Fe thÐp ®Ó lîng chÝnh lµ s¾t ====== vµ C, lîng khö bít C C< oxyt (Fe2O3, C chiÕm ====== 1,7%. Fe3O4) trªn 1,7%. 2
1. Ph©n lo¹i thÐp x©y dùng a. Theo thµnh phÇn hãa häc cña thÐp  ThÐp cacbon, víi lîng cacbon díi 1,7%, kh«ng cã c¸c thµnh phÇn hîp kim kh¸c. Theo hµm lîng cacbon, l¹i chia ra: thÐp cacbon cao, võa, thÊp (thÐp x©y dùng lîng cacbon < 0,22%).  ThÐp hîp kim, cã thªm c¸c thµnh phÇn kim lo¹i kh¸c nh Cr, Ni, Mn, ... nh»m n©ng cao chÊt lîng thÐp nh t¨ng ®é bÒn, t¨ng tÝnh chèng gØ. ThÐp hîp kim thÊp lµ thÐp cã tØ lÖ cña tæng c¸c nguyªn tè phô thªm díi 2,5%, ®©y lµ lo¹i thÐp ®îc dïng trong x©y dùng. ThÐp hîp kim võa vµ hîp kim cao kh«ng dïng lµm kÕt cÊu x©y dùng. 3
b. Theo ph¬ng ph¸p luyÖn thÐp: LuyÖn thÐp tõ gang lµ nh»m khö bít cacbon vµ c¸c chÊt phô kh¸c trong gang ®Ó ®a vÒ hµm lîng yªu cÇu ®èi víi thÐp. Cã hai ph¬ng ph¸p luyÖn chÝnh: b»ng lß quay vµ b»ng lß b»ng.  LuyÖn b»ng lß quay: Kh«ng khÝ ®îc thæi qua ®¸y vµo níc gang láng ®Ó oxy hãa c¸c hîp chÊt cÇn khö cña gang (C, Si, Mn, P). Tïy theo thµnh phÇn cña quÆng lµm gang cã Ýt hay nhiÒu ph«tpho, mµ cÊu t¹o lß quay kh¸c nhau: lß Bessmer; lß Thomas. ¦u nhîc ®iÓm: N¨ng suÊt cao, thêi gian luyÖn mçi mÎ chØ chõng 30 phót, nhng chÊt lîng thÐp kh«ng tèt v× N trong kh«ng khÝ hßa tan trong thÐp thµnh nh÷ng bät khÝ, lµm thÐp gißn. Ngoµi ra kh«ng thÓ khö hÕt hoµn toµn P lµ thµnh phÇn cã h¹i lµm cho thÐp bÞ giµ. 4
Ph¬ng ph¸p luyÖn b»ng lß quay tiªn tiÕn míi ®îc ¸p dông trong mÊy chôc n¨m gÇn ®©y lµ lß thæi oxy. ThÐp ®îc s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p nµy cã chÊt lîng tèt t¬ng ®¬ng nh thÐp lß b»ng, nhng rÎ h¬n nhiÒu v× n¨ng suÊt cao, thêi gian luyÖn nhanh (40 - 50 phót). HiÖn nay, c¸c lß Bessmer vµ lß Thomas hÇu nh kh«ng ®îc dïng n÷a.  LuyÖn b»ng lß b»ng (lß Martin): Trong lß b»ng, níc gang láng ®îc trén lÉn víi thÐp vôn vµ ®îc ®èt nãng b»ng khÝ ®èt. C¸c chÊt cña gang ®îc oxy hãa b»ng c¸c s¾t oxyt trong thÐp vôn. Thêi gian luyÖn mét mÎ tõ 8 ®Õn 12 giê, n¨ng suÊt thÊp, gi¸ thµnh thÐp cao. Nhng thÐp cã chÊt lîng tèt cÊu tróc thuÇn nhÊt vµ thµnh phÇn thÐp cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc trong qu¸ tr×nh luyÖn. 5
6
c. Theo møc ®é khö oxy ThÐp láng tõ lß luyÖn ®îc rãt vµo c¸c khu«n vµ ®Ó nguéi cho kÕt tinh l¹i. Tïy theo ph¬ng ph¸p ®Ó l¾ng nguéi, chia ra:  ThÐp s«i: thÐp khi nguéi, bèc ra nhiÒu bät khÝ nh oxy, cacbon oxyt; c¸c bät khÝ lµm cho cÊu tróc cña thÐp kh«ng ®ång nhÊt.  ThÐp tÜnh: thÐp tÜnh trong qu¸ tr×nh nguéi kh«ng cã h¬i bèc ra, do ®· ®îc thªm nh÷ng chÊt khö oxy nh Si, Al, Mn. Nh÷ng chÊt nµy khö hÕt oxy cã h¹i vµ nh÷ng t¹p chÊt phi kim lo¹i kh¸c t¹o nªn xØ næi trªn mÆt.  ThÐp nöa tÜnh: lµ trung gian gi÷a thÐp tÜnh vµ thÐp s«i, trong ®ã oxy kh«ng ®îc khö hÕt. 7
2. CÊu tróc vµ thµnh phÇn hãa häc cña thÐp a. CÊu tróc cña thÐp ThÐp cã cÊu tróc tinh thÓ, cã hai thµnh phÇn chÝnh: - Ferit, c¸c h¹t mµu s¸ng, chiÕm tíi 99% thÓ tÝch CÊu tróc cña (ferit lµ s¾t nguyªn chÊt), cã tÝnh mÒm vµ dÎo; thÐp cacbon thÊp - Xementit lµ hîp chÊt s¾t cacbua (Fe3C), rÊt cøng vµ gißn. ë thÐp cacbon thÊp, xenmentit hçn hîp víi ferit thµnh peclit, lµ líp máng mµu thÉm n»m gi÷a c¸c h¹t ferit. C¸c líp peclit bao quanh c¸c h¹t ferit mÒm dÎo nh mét mµng ®µn håi, quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc díi t¶i träng vµ c¸c tÝnh chÊt dÎo cña thÐp. ThÐp cµng nhiÒu C th× mµng peclit cµng dµy vµ thÐp cµng cøng, kÐm dÎo. 8
b. Thµnh phÇn hãa häc cña thÐp ThÐp cacbon, ngoµi hai thµnh phÇn chÝnh lµ Fe vµ C, cßn cã c¸c thµnh phÇn phô kh¸c nh Mn, Si, S, P.  Mn, lµm t¨ng cêng ®é vµ ®é dai cña thÐp, lµm gi¶m ¶nh hëng cã h¹i cña S. NÕu % Mn > 1,5%, thÐp trë nªn gißn.  Si lµ chÊt khö oxy. Si lµm t¨ng cêng ®é cña thÐp nhng lµm gi¶m tÝnh chèng gØ, tÝnh hµn, %Si < 0,3% ®èi víi thÐp cacbon thÊp. 9
Nh÷ng hîp chÊt cã h¹i, ¶nh hëng xÊu ®Õn chÊt lîng cña thÐp:  P, lµm gi¶m tÝnh dÎo vµ ®é dai va ch¹m cña thÐp, ®ång thêi lµm thÐp trë nªn gißn nguéi.  S lµm cho thÐp gißn nãng, nªn dÔ bÞ nøt khi hµn vµ rÌn.  C¸c khÝ N, O2 trong kh«ng khÝ hßa vµo kim lo¹i láng lµm cho thÐp bÞ gißn, gi¶m cêng ®é thÐp. §èi víi thÐp hîp kim ngêi ta cho thªm vµo thÐp cacbon c¸c nguyªn tè kim lo¹i nh Cu, Ni, Cr, Ti, vana®i (V), Molip®en (Mo) v.v... lµm t¨ng tÝnh n¨ng c¬ häc, t¨ng ®é bÒn chèng gØ cña thÐp. 10
3. C¸c m¸c thÐp dïng trong x©y dùng a. ThÐp cacbon thÊp cêng ®é thêng: ( f y ≤290 N/mm2 ) Hai lo¹i chÝnh: + thÐp c¸cbon thêng (hµm lîng C tõ 0,14%0,22%), lµ thÐp s«i hoÆc nöa tÜnh + thÐp c¸cbon thêng cã thªm hµm lîng Mn 0,8%  1,1% . Tïy theo yªu cÇu sö dông c¸c thÐp nµy dîc chia lµm ba nhãm: + Nhãm A: thÐp ®îc ®¶m b¶o chÆt chÏ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc; + Nhãm B: thÐp ®îc ®¶m b¶o chÆt chÏ vÒ thµnh phÇn ho¸ häc; + Nhãm C: thÐp ®îc ®¶m b¶o vÒ tÝnh chÊt c¬ häc vµ c¶ thµnh phÇn ho¸ häc. C¸c lo¹i thÐp cacbon thÊp cã f y vµo kho¶ng 2200 2700 daN/cm 2 (gi¸ trÞ lín nhÊt øng víi chiÒu dÇy t  20mm, khi chiÒu dÇy thÐp cµng t¨ng, c¸c ®Æc trung c¬ häc cµng gi¶m), f u tõ 3300 ®Õn 5400 daN/cm 2 . 11
B¶ng 1 - ThÐp c¸c bon TCVN 1765 : 1975 Giíi h¹n ch¶y fy , N/mm2 §é d·n dµi 0,%, §é bÒn cho ®é dµy t, mm cho ®é dµy t, mm M¸c thÐp kÐo fu , 20 < t  40 < t  20 < t  > 40 2  20  20 N/mm 40 100 40 Kh«ng nhá h¬n Kh«ng nhá h¬n CT34s  220 210 200 33 32 30 CT34n,  230 220 210 32 31 29 CT34 CT38s  240 230 220 27 26 24 CT38n,  250 240 230 26 25 23 CT38 CT38nMn  250 240 230 26 25 23 CT42s  260 250 240 25 24 22 CT42n,  270 260 250 24 23 21 CT42 ThÐp dïng trong kÕt cÊu thÐp thuéc nhãm C nªn ë ®Çu m¸c thÐp cã thªm ký hiÖu C, thÝ dô: CCT34, CCT38, CCT42. 12
b. ThÐp cêng ®é kh¸ cao: Lµ thÐp cacbon thÊp mang nhiÖt luyÖn hoÆc thÐp hîp kim thÊp. f y tõ 3100 - 4000 daN/cm 2 , f u tõ 4500 - 5400 daN/cm 2 . c. ThÐp cêng ®é cao Gåm c¸c lo¹i thÐp hîp kim cã nhiÖt luyÖn, f y  4400 daN/cm 2 vµ f u  5900 daN/cm 2 nh c¸c m¸c 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV v.v... Dïng thÐp cêng ®é cao, tiÕp kiÖm ®îc vËt liÖu tíi 25 - 30%. 13
§2. QUY CÁCH THÉP TRONG XÂY DỰNG KÕt cÊu x©y dùng ®îc chÕ t¹o tõ c¸c thÐp tÊm, thÐp h×nh cã nhiÒu lo¹i kÝch thíc kh¸c nhau. 1. ThÐp h×nh (TCVN 1656: a) d y c) 1993) x x B d a. ThÐp gãc y B - ThÐp gãc ®Òu c¹nh gåm 50 b) d y d) lo¹i tiÕt diÖn tõ nhá nhÊt lµ B L20 x20 3 ®Õn lín nhÊt lµ x x d L250 x 250 x 35. b - ThÐp gãc kh«ng ®Òu c¹nh ThÐp gãc vµ øng dông gåm 72 lo¹i tiÕt diÖn tõ nhá nhÊt lµ L30  20  3 ®Õn lín nhÊt lµ L200  150  25. 14
b. ThÐp ch÷ I (TCVN 1655: 1975) a) y b) - ThÐp h×nh ch÷ I gåm cã 23 d lo¹i tiÕt diÖn, chiÒu cao tõ x x h 100 ®Õn 600 mm (h×nh 1.10, a). b y - Tõ c¸c sè hiÖu 18 ®Õn 30, ThÐp ch÷ I vµ øng dông cßn cã thªm tiÕt diÖn phô, cïng chiÒu cao nhng c¸nh réng vµ dµy h¬n, ký hiÖu thªm ch÷ ”a”, vÝ dô I 22a. ChiÒu dµi ®îc s¶n xuÊt tõ 4 ®Õn 13m. 15
c. ThÐp ch÷ [ (TCVN 1654: 1975) a) b) c) ThÐp h×nh ch÷ [ gåm cã y y 22 lo¹i tiÕt diÖn, tõ sè x d x x d x h hiÖu 5 ®Õn 40. Tõ sè hiÖu 14 ®Õn 24 y y còng cã thªm lo¹i tiÕt diÖn phô “a”, c¸nh réng ThÐp ch÷ [ vµ øng dông vµ dµy h¬n, vÝ dô [ 22a. ChiÒu dµi tõ 4 ®Õn 13 m. 16
d. C¸c lo¹i thÐp h×nh kh¸c a) y c) y  ThÐp I c¸nh réng, cã tØ b) x x d) lÖ bÒ réng c¸nh trªn bÒ cao y x x x x h b:h lµ 1:1,65 ®Õn 1:2,5, y chiÒu cao tiÕt diÖn h cã thÓ y y b tíi 1000 mm. C¸c lo¹i tiÕt diÖn thÐp h×nh - ThÐp èng cã hai lo¹i: kh¸c kh«ng cã ®êng hµn däc vµ cã ®êng hµn däc. - Ngoµi ra, cßn cã nh÷ng lo¹i kh¸c: thÐp ch÷ T, thÐp ray, thÐp vu«ng, thÐp trßn v.v... 17
2. ThÐp tÊm - ThÐp tÊm phæ th«ng, cã bÒ dµy 4 - 60 mm réng 160 - 1050 mm chiÒu dµi 6 - 12 m. - ThÐp tÊm dµy, cã bÒ dµy 4 - 160 mm, bÒ réng tõ 600 ®Õn 3000 mm, dµi 4 - 8 m. - ThÐp tÊm máng, cã bÒ dµy 0,2 - 4 mm, réng 600 -1400 mm, dµi 1,2 - 4 m. - Ngoµi ra, cßn cã lo¹i thÐp tÊm kh¸c nh: thÐp d¶i, réng < 200 mm, thÐp tÊm mÆt cã v©n h×nh sãng. 18
3. ThÐp h×nh dËp, c¸n nguéi y - Tõ c¸c thÐp tÊm máng, thÐp d¶i, dµy 2 - 16 mm, mang dËp, c¸n y y x x h nguéi. B x x x x r = 1,5 t B - ThÐp gãc ®Òu c¹nh, kh«ng ®Òu B y t y b t y b t c¹nh, ch÷ [, tiÕt diÖn hép v.v... ngoµi ra, cã thÓ cã nh÷ng tiÕt diÖn rÊt ®a d¹ng theo yªu cÇu riªng. - NhÑ h¬n nhiÒu so víi thÐp c¸n nãng, dïng chñ yÕu cho c¸c lo¹i kÕt cÊu thÐp nhÑ, cÊu kiÖn chÞu lùc nhá nhng cÇn cã ®é cøng lín. - KhuyÕt ®iÓm lµ cã sù cøng nguéi ë nh÷ng gãc bÞ uèn; chèng gØ kÐm h¬n. 19
§3. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP KHI CHỊU TẢI TRỌNG 1. Sù lµm viÖc chÞu kÐo cña thÐp P a. BiÓu ®å øng suÊt - biÕn d¹ng  ,kN/cm A 2 khi kÐo 50 KÐo mét mÉu thÐp m¸c CCT38 40 D b»ng t¶i träng tÜnh t¨ng dÇn vµ 30 B C vÏ ®å thÞ quan hÖ gi÷a  vµ . b A' 20 A - OA (giai ®o¹n tØ lÖ ), lµ mét d h c  tl 10 ®êng th¼ng, - tuyÕn tÝnh, vËt 4 8 12 16 20  l O O' 100% l liÖu lµm viÖc theo ®Þnh luËt BiÓu ®å kÐo cña thÐp cacbon Hook: =E.  t¬ng øng víi thÊp ®iÓm A gäi lµ tl. - AA’, kh«ng cßn giai ®o¹n tØ lÖ n÷a, nhng thÐp vÉn lµm viÖc ®µn håi.  t¬ng øng víi ®iÓm A’ gäi lµ ®h (  0,05%). 20