Bài giảng Kết cấu thép gỗ: Chương 3

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• 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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

- Ưu, nhược điểm của liên kết hàn: Cấu tạo đơn giản. Ít vật liệu thép. Công chế tạo thấp. Liên kết kín, không thấm nước và khí (rất quan trọng trong kết cấu bản). Chịu tải trọng động kém. Khó kiểm tra chất lượng đường hàn. Không tháo lắp, khó thay thế các cấu kiện và chi tiết liên kết.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết bulông

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết đinh tán.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• 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

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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

- Hàn hồ quang điện bằng tay. - Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động.

§. LIÊN KẾT HÀN 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN Hàn hồ quang điện : là phương pháp hàn chính. 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).

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

- Hàn hồ quang điện tự động

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

b. Que hàn: Que hàn là thanh kim loại có bọc thuốc hàn.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

N - chỉ que hàn cho thép các bon và hợp kim thấp; 46 -

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: 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.)

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

2.SỰ LÀM VIỆC VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN a) Đường hàn đối đầu: có 2 loại

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

-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.

– nếu kiểm tra bằng pp vật lý.

• 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 • Cấu kiện chịu cắt: fwv = fv

- Chiều cao đường hàn lấy bằng chiều dày bản thép - Chiều dài đường hàn lw = l thực - 2t

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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

Gãc c¹nh

Gãc ®Çu

- Đường hàn liên kết 2 cấu kiện không cùng nằm trên một mặt phẳng. - Đường hàn lồi, lõm, thoải.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

4mm = hfmin ≤ hf ≤ hfmax = 1,2tmin

Chiều cao đường hàn hfmin xem bản. Chiều dài đường hàn lf = lthực - 1cm min (40mm, 4hf) ≤ lf Với đường hàn góc cạnh: lf ≤ lfmax = 85βfhf

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• 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

fu:cường cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của thép cơ bản, xem

Cường độ đường hàn góc - Cả 2 loại đường hàn góc có thể bị phá hoại do 2 khả năng: 2.4 trang 61 hoặc bảng 1.9 phụ lục 1 trang 304. bảng 1.1 phụ lục 1 trang 284. m:hệ số độ tin cậy về cường độ của mối hàn.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

1.LIÊN KẾT ĐỐI ĐẦU Chịu lực trục:

Đối đầu xiên Đối đầu thẳng

- đối đầu thẳng - đối đầu xiên

(Nếu tg = 2:1 thì không cần kiểm tra độ bền của đường hàn)

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

Chịu mô men

Chịu mô men và lực cắt

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

2.LIÊN KẾT CHỒNG DÙNG ĐƯỜNG HÀN GÓC Cấu tạo:

Tính toán : Kiểm tra đường hàn theo cả 2 tiết diện : -Theo thép đường hàn (TD1) : -Theo biên chảy của thép cơ bản (TD2) : Hệ số βf, βs xem bảng 2.6 trang 67. - 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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• Lực tác dụng lên đường hàn sống :

• Lực tác dụng lên đường hàn mép :

Hệ số k xem bảng 2.7 trang 68.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

3. LIÊN KẾT CÓ BẢN GHÉP Cấu tạo: Tính toán : - Kiểm tra bản ghép: - Kiểm tra đường hàn:

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

4.LIÊN KẾT HỖN HỢP Cấu tạo: Tính toán chịu lực trục : Coi lực dọc tính toán do đường hàn đối đầu và các bản ghép cùng chịu.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

5. ĐƯỜNG HÀN GÓC CHỊU MÔ MEN VÀ LỰC CẮT Chịu mô men : Chịu lực cắt : Chịu mô men và lực cắt :

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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 lượng thép nóng chảy. -Tránh tập trung đường hàn vào một chỗ; tránh đường hàn kín hoặc cắt nhau làm cản trở biến dạng tự do của vật liệu khi hàn. Biện pháp thi công -Chọn trình tự hàn thích hợp. -Tạo biến dạng ngược trước khi hàn. -Dùng khuôn cố định không cho cấu kiện bị biến dạng khi hàn.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

§. LIÊN KẾT BU LÔNG 1.CẤU TẠO CHUNG CỦA BU LÔNG Bu lông là đoạn thép tròn d = 1248 mm Bu lông neo có d 100 mm Chiều dài bu lông : l =35  300 mm. Phần ren l0= 2,5.d Phần mũ, đai ốc, long đen (phân phối áp lực đai ốc lên thép cơ bản).

Cấu tạo của bu lông

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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 - Giải thích ký hiệu : Bulông cấp bền 4.6 cho biết vật liệu bulông có: fy=4.6=24 daN/mm2 fu=4.10=40 daN/mm2 Các loại bu lông thường dùng trong thực tế xây dựng: 4.6 4.8

5.6.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• Gđ 1: Lực trượt < lực ma sát, các bản thép chưa bị trượt, bu lông

• Gđ2: Tăng tải trọng ngoài, Lực trượt >lực ma sát, các bản thép trượt

• Gđ3: Tiếp tục tăng tải trọng ngoài, bu lông ép sát thành lỗ truyền lực

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: chưa chịu tải ngoài lực kéo ban đầu. tương đối lên nhau, thân bu lông tì sát vào thành lỗ. 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.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

fvb - cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông (bảng I.10,

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

- bulông thô, bulông thường, - bulông tinh; γb = 0,9 γb = 1,0

b) Khả năng chịu cắt của 1 bu lông: phụ lục 1, trang 304); bảng bảng 2.9, trang 82. γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết, bảng 2.8, trang 82 nv - số lượng mặt cắt tính toán của 1 bulông.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

d - đường kính bulông; (Σt)min - tổng bề dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về

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

c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông: một phía; fcb - cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông, phụ thuộc vào vật liệu thép cơ bản và phương pháp tạo lỗ, tra bảng bảng I.11, phụ lục 1, trang 304 d) Khả năng chịu trượt của một bu lông thô, thường, tinh

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

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

ftb - cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông, tra bảng

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

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 : I.10, phụ lục 1, trang 304 82

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

• Bulông thô, thường, tinh:

• Bulông cường độ cao:

TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BU LÔNG 1. LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU LỰC TRỤC -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: - Bố trí bulông: tuân thủ các yêu cầu về khoảng cách.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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

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

- Kiểm tra bền thép cơ bản bị giảm yếu. Bulông thô, thường, tinh: diện tích tiết diện nguyên và Agy là diện tích phần giảm yếu do lỗ bulông, Agy = mtdlỗ; kết,

γb = 1,1 - với dầm đặc, cột, các bản nối, γb = 1,1 - với cấu kiện thanh của mái và sàn.

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

- nếu An ≥ 0,85A - nếu An < 0,85A ; Ac = A Ac = 1,18An Ac = An

Bulông cường độ cao: Tải trọng tĩnh: Tải trọng động: (γb = 1,0 do liên kết không làm việc dẻo).

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

2. LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU KÉO. - Số lượng bulông cần thiết:

3. LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU MÔ MEN VÀ LỰC CẮT Chịu mô men điều kiện bền của liên kết bulông chịu mômen:

CHƯƠNG 3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

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: