intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 P3

Chia sẻ: Cindy Cindy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

99
lượt xem
29
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần sau đây giới thiệu tóm tắt về thuộc tính của các cấp thép ứng với các cấp c ường độ khác nhau. Để giúp so sánh các loại thép n ày, các biểu đồ ứng suất-biến dạng giai đoạn đầu và đường cong gỉ phụ thuộc thời gian đ ược cho, tương ứng, trong các hình 1.5 và 1.6. Thép các bon công trình Tên gọi như vậy thật ra không đặc trưng lắm vì tất cả thép công trình đều có các bon. Đây chỉ là định nghĩa kỹ thuật. ...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 P3

  1. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Phần sau đây giới thiệu tóm tắt về thuộc tính của các cấp thép ứng với các cấp c ường độ khác nhau. Để giúp so sánh các loại thép n ày, các biểu đồ ứng suất -biến dạng giai đoạn đầu và đường cong gỉ phụ thuộc thời gian đ ược cho, tương ứng, trong các h ình 1.5 và 1.6 . Thép các bon công trình Tên gọi như vậy thật ra không đặc tr ưng lắm vì tất cả thép công tr ình đều có các bon. Đây chỉ là định nghĩa kỹ thuật. Các ti êu chuẩn để định loại thép các bon có thể tham khảo trong m ục 8.2.5, t ài liệu [4]. Một trong những đặc trưng chủ yếu của thép các bon công tr ình là có điểm chảy đ ược nhận biết r õ và tiếp theo l à một thềm chảy dài. Điều này được miêu tả trong h ình 1.5 và nó biểu thị tính dẻo tốt, cho phép phân phối lại ứng suất cục bộ m à không đ ứt gãy. Thuộc tính này làm cho thép các bon đ ặc biệt ph ù hợp khi sử dụng l àm chi tiết liên kết. Thép các bon có tính hàn t ốt và thích h ợp cho bản, thanh v à các thép cán đ ịnh hình trong xây d ựng. Chúng đ ược dự kiến cho sử dụng trong nhiệt độ không khí. Mức độ gỉ trong hình 1. 6 đối với thép c ác bon có đ ồng (Cu) bằng khoảng một nửa thép các bon thông thư ờng. Thép hợp kim thấp c ường độ cao Các thép này có thành ph ần hoá học đ ược hạn chế để phát triển c ường độ chảy v à cường độ kéo đứt lớn h ơn thép các bon nhưng lư ợng kim loại bổ sung nhỏ h ơn trong thép h ợp kim. Cư ờng độ chảy cao h ơn (Fy = 345 MPa) đ ạt được trong điều kiện cán nóng h ơn là qua gia công nhi ệt. Kết quả l à chúng có đi ểm chảy r õ ràng và tính d ẻo tuyệt vời nh ư được miêu tả trong h ình 1.5. Thép hợp kim thấp c ường độ cao có tính hàn tốt và thích hợp cho bản, thanh v à các thép cán đ ịnh hình trong xây d ựng. Các hợp kim n ày có sức kháng gỉ trong không khí cao hơn như cho th ấy trong h ình 1.6. Do có các ph ẩm chất tốt n ày, thép c ấp 345 th ường là sự lựa chọn đầu ti ên của người thiết kế các cầu có nhịp trung b ình và nh ỏ. Thép hợp kim thấp gia công nhi ệt Thép hợp kim thấp c ường độ cao có thể được gia công nhiệt để đạt đ ược cường độ chảy cao hơn ( Fy = 485 MPa). Thành ph ần hoá học cho các cấp 345W v à 485W là g ần như nhau. Vi ệc xử lý nhiệt (tôi thép) l àm thay đ ổi cấu trúc vi mô của thép v à làm tăng cư ờng độ, độ rắn v à độ dai. Sự gia công nhiệt l àm điểm chảy của thép dịch chuyển cao l ên như cho th ấy trong hình 1.5. Có m ột sự chuyển tiếp r õ rệt từ ứng xử đ àn hồi sang ứng xử quá đ àn hồi. Cường độ chảy của c ác thép này thư ờng đ ược xác định ở độ gi ãn bằng 0,5% d ưới tác dụng của tải trọng hoặc ở độ gi ãn bằng 0,2% theo định nghĩa b ù (xem hình 1.5). Thép hợp kim thấp được gia công nhiệt có thể h àn, tuy nhiên ch ỉ thích hợp cho tấm. Sức kháng gỉ trong không khí củ a chúng là gi ống như thép h ợp kim thấp c ường độ cao. http://www.ebook.edu.vn 19
  2. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 1.5 Các đường cong ứng suất -biến dạng ban đầu điển h ình đối với thép công tr ình Hình 1.6 Các đường cong gỉ cho một v ài loại thép trong môi tr ường công nghiệp Thép hợp kim gia công nhi ệt cường độ cao Thép hợp kim l à loại thép có th ành phần hoá học không phải nh ư trong thép h ợp kim thấp cường độ cao. Ph ương pháp gia công nhi ệt tôi nhúng đ ược thực hiện t ương tự như đối với thép hợp kim thấp nh ưng thành ph ần khác nhau của các nguy ên tố hợp kim l àm phát triển cường độ cao h ơn (Fy = 690 MPa) và tính dai l ớn hơn ở nhiệt độ thấp. http://www.ebook.edu.vn 20
  3. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Đường cong gỉ trong không khí đối với các thép hợp kim ( cấp 690) đ ược cho trong hình 1.6 và thể hiện sức kháng gỉ tốt nhất trong bốn cấp thép. Ở đây, c ường độ chảy cũng đ ược xác định ở độ gi ãn bằng 0,5% d ưới tác dụng của tải trọng hoặc ở độ gi ãn bằng 0,2% theo định ngh ĩa bù như miêu t ả trong h ình 1.5. Khi xem xét đường cong ứng suất -biến dạng đầy đủ trong hình 1.4 , rõ ràng các thép được gia công nhiệt đạt c ường độ chịu kéo dạng chóp và ứng suất giảm nhanh hơn so v ới thép không được xử lý nhiệt. Độ dẻo thấp h ơn này có th ể gây ra vấn đề trong một số t ình huống khai thác và, do vậy, cần phải thận trọng khi sử dụng thép gia công nhiệt . 1.3.5 Ảnh hưởng của ứng suất lặp (sự mỏi) Khi thiết kế kết cấu cầu thép, ng ười thiết kế phải nhận thức đ ược ảnh h ưởng của ứng suất lặp. Xe cộ đi qua bất kỳ vị trí xác định n ào đều lặp đi lặp lại theo thời gian. Tr ên đường cao tốc xuyên quốc gia, số chu kỳ ứng suất lớn nhất có thể h ơn một triệu lần mỗi năm. Các ứng suất lặp n ày được gây ra bởi tải trọng sử dụng v à giá trị lớn nhất của ứng suất trong thép c ơ bản của mặt cắt ngang n ào đó sẽ nhỏ hơn so với cường độ của vật liệu. Tuy nhiên, nếu có hiện tượng tăng ứng suất do sự không li ên tục về vật liệu hoặc về h ình học, ứng suất tại nơi gián đo ạn có thể dễ d àng lớn gấp hai hoặc ba lần ứng suất đ ược tính toán từ tải trọng sử dụng. Ngay cả khi ứng suất cao n ày tác dụng không li ên tục, nếu nó lặp đi lặp lại nhiều lần th ì hư hỏng sẽ tích luỹ, vết nứt sẽ h ình thành và sự phá hoại cấu kiện có thể xảy ra. Cơ chế phá hoại n ày, bao gồm biến dạng v à sự phát triển vết nứt d ưới tác đ ộng của tải trọng sử dụng, mà nếu tự bản thân nó th ì không đủ gây ra phá hoại, đ ược gọi l à mỏi. Thép bị mỏi khi chịu mức ứng suất trung b ình nhưng lặp lại n hiều lần. Mỏi l à một từ xác đáng để mô tả hiện t ượng này. Xác định c ường độ mỏi Cường độ mỏi không phải l à một hằng số vật liệu nh ư cường độ chảy hay mô đun đ àn hồi. Nó phụ thuộc v ào cấu tạo cụ thể của mối nối v à, thực tế, chỉ có thể đ ược xác địn h bằng thực nghiệm. V ì hầu hết các vấn đề tập trung ứng suất do sự không li ên tục về hình học và vật liệu có li ên quan đ ến liên kết hàn nên h ầu hết các thí nghiệm về c ường độ mỏi được thực hiện tr ên các lo ại mối hàn. Quá trình thí nghi ệm đối với mỗi li ên kết hàn là cho m ột loạt mẫu chịu một bi ên độ ứng suất S nhỏ hơn cường độ chảy của thép c ơ bản và lặp lại ứng suất n ày với N chu kỳ cho tới khi liên kết phá hoại. Khi giảm bi ên độ ứng suất, số chu kỳ lặp dẫn đến phá hoại tăng lên. K ết quả thí nghiệm th ường được biểu diễn bằng biểu đồ quan hệ giữa log S và log N. Một biểu đồ S-N điển cho môt li ên kết hàn được cho trong h ình 1.7. Tại một điểm bất kỳ trên biểu đồ, giá trị ứng suất l à cường độ mỏi v à số chu kỳ l à tuổi thọ mỏi tại mức ứng suất đó. Chú ý rằng, khi biên độ ứng suất giảm tới một giá trị đặc tr ưng, số chu kỳ ứng suất có thể tăng không giới hạn m à không gây ra phá ho ại. Ứng suất giới hạn n ày được gọi l à giới hạn mỏi của li ên kết. http://www.ebook.edu.vn 21
  4. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 1.7 Biểu đồ S-N điển hình cho các m ối nối h àn Ảnh hưởng của c ường độ của vật liệu c ơ bản Cường độ mỏi của các bộ phận không h àn tăng theo cư ờng độ chịu kéo của vật liệu c ơ bản. Cường độ mỏi n ày được biểu diễn tr ên hình 1. 8 cho cả các mẫu tr òn đặc và mẫu có lỗ. Tuy nhi ên, nếu thép c ường độ cao đ ược sử dụng trong các cấu ki ện hàn thì không có sự tăng trong c ường độ mỏi. Hình 1.8 Cường độ mỏi so sánh với c ường độ tĩnh Sở dĩ có sự khác nhau trong ứng xử n ày là vì trong v ật liệu không h àn, vết nứt phải được hình thành tr ước khi chúng có thể phát triển, trong khi ở các mối nối hàn, vết nứt đ ã có sẵn và tất cả chúng chỉ cần phát triển. Mức độ phát triển vết nứt không thay đổi nhiều theo cường độ chịu kéo; do đó, c ường độ mỏi của mối h àn không ph ụ thuộc vào loại thép được liên kết. http://www.ebook.edu.vn 22
  5. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Ảnh hưởng của ứng suất d ư Nói chung, m ối hàn sẽ không đư ợc giảm ứng suất n ên có th ể giả thiết rằng, ứng suất d ư sẽ tồn tại ở đâu đó trong li ên kết. Nếu một chu kỳ ứng suất có bi ên độ S tác dụng thì biên độ ứng suất thực tế sẽ chạy từ tới và biên đ ộ ứng suất danh định l à S. Do đó, có th ể biểu diễn ứng xử mỏi của một mối h àn chỉ phụ thuộc v ào biên đ ộ ứng suất, không cần biết ứng suất lớn nhất v à nhỏ nhất thực tế. Trong Ti êu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05, mỏi do tải trọng gây ra đ ược xem xét phụ thuộ c vào biên đ ộ ứng suất v à ứng suất d ư được bỏ qua. Nhận xét kết luận về mỏi Mỏi là nguyên nhân ph ổ biến nhất gây phá hoại thép, chủ yếu l à do vấn đề này không được nhận thức đầy đủ trong giai đoạn thiết kế. Sự chú ý thích đáng đến việc lựa chọn mối nối và cấu tạo chi tiết cũng nh ư hiểu biết về các y êu cầu của tải trọng sử dụng có thể loại trừ hầu hết các vết nứt phá hoại, trong khi sự bỏ qua các nhân tố n ày có th ể dẫn đến thảm hoạ. 1.3.6 Sự phá hoại gi òn Một kỹ sư thiết kế cầu phải hiểu những điều kiện l à nguyên nhân gây ra phá ho ại giòn trong thép k ết cấu. Phải tránh phá hoại gi òn vì chúng không d ẻo và có thể xảy ra ở ứng suất tương đối thấp. Khi có những điều kiện n ày, vết nứt có thể lan truyền rất nhanh v à sự phá hoại đột ngột có thể xảy ra. Một trong những ng uyên nhân c ủa phá hoại gi òn là trạng thái ứng suất kéo ba trục có thể xuất hiện ở một khe, r ãnh trong m ột bộ phận hoặc do sự không li ên tục bị cản trở trong m ột liên kết hàn. Phá hoại giòn còn có th ể xảy ra do nhiệt độ môi tr ường thấp. Thép công tr ình thể hiện tính dẻo ở nhiệt độ tr ên 0oC nhưng chuy ển thành giòn khi nhi ệt độ giảm. Liên kết hàn cần được cấu tạo để tránh ứng suất kéo ba chiều v à khả năng phá hoại giòn. M ột ví dụ l à liên kết hàn của sườn tăng c ường ngang trung gian với dầm ghép. Trước đây, s ườn tăng cư ờng này thường đ ược thiết kế có chiều cao bằng chiều cao vách và được hàn cả vào biên nén và biên kéo. N ếu sườn tăng c ường được hàn vào biên kéo như trong h ình 1.9 thì sự cản trở biến dạng của mối h àn khi ngu ội theo ba ph ương sẽ sinh ra ứng suất căng ba chi ều trong vách, l à điều kiện thuận lợi để dẫn đến phá hoại gi òn, đặc biệt khi đồng thời có sự giảm nhiệt độ hoặc có sự không ho àn hảo về vật liệu.V ì vậy, ngày nay, sườn tăng c ường ngang không được phép h àn vào biên kéo . http://www.ebook.edu.vn 23
  6. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 1.9 Liên kết của sườn tăng cư ờng ngang trung gian v ào dầm ghép (a) Cấu tạo không đúng, (b) Cấu tạo đúng http://www.ebook.edu.vn 24
  7. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Chương 2 LIÊN K ẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Trong các k ết cấu thép hiện nay, có hai loại liên kết thường được sử dụng: li ên kết đinh và liên kết hàn. Hình 2.1 gi ới thiệu một số dạng li ên kết phổ biến trong kết cấu thép. Liên kết đinh l à cụm từ chung d ùng để chỉ các loại li ên kết có dạng thanh thép tr òn xâu qua l ỗ của các bộ phận cần li ên kết. Như vậy, đinh đại diện cho đinh tán, bu lông, bu lông cường độ cao, chốt … Các loại liên kết đinh được đề cập trong ch ương này là liên k ết bằng bu lông th ường và liên kết bằng bu lông c ường độ cao. Liên kết hàn có th ể được dùng cho các m ối nối ngo ài công trư ờng nh ưng nói chung, chủ yếu được sử dụng để nối các bộ phận trong nh à máy. Tuỳ theo tr ường hợp chịu lực, các li ên kết được phân chia th ành liên kết đơn giản, hay liên k ết chịu lực đúng tâm, v à liên kết chịu lực lệch tâm . Trong chương này, liên k ết đơn giản được trình bày trong các m ục 2.1-2.7, liên k ết chịu lực lệch tâm đ ược đề cập trong m ục 2.8. Hình 2.1 http://www.ebook.edu.vn 25
  8. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD 2.1 Cấu tạo liên kết bu lông Bu lông đư ợc phân biệt giữa bu lông th ường và bu lông cư ờng độ cao 2.1.1 Bu lông thư ờng Bu lông thư ờng được làm bằng thép ít các -bon ASTM A307 có cư ờng độ chịu kéo 420 MPa. Bu lông A307 có th ể có đầu dạng h ình vuông, l ục giá c hoặc đầu chìm. Bu lông thép thường không đ ược phép sử dụng cho các li ên kết chịu mỏi. Đai ốc Đai ốc Thân đinh Đ ầu Ren Đầu Chiều dài ½ đường kính Chiều dài Hình 2.2. Bu lông thép ít các bon A307 c ấp A. Đầu bu lông do nh à sản xuất quy định a. Đầu và đai ốc hình lục lăng ; b. Đầu v à đai ốc hình vuông ; c. Đầu ch ìm 2.1.2 Bu lông cư ờng độ cao Bu lông cư ờng độ cao phải có c ường độ chịu kéo nhỏ nhất 830 MPa cho các đ ường kính d = 16 27 mm và 725 MPa cho các đư ờng kính d = 30 36 mm. Bu lông cư ờng độ cao có thể dùng trong các liên k ết chịu ma sát hoặc li ên kết chịu ép mặt. Li ên kết chịu ép mặt chịu được tải trọng lớn h ơn nhưng gây bi ến dạng lớn khi chịu ứng suất đổi dấu n ên chỉ được dùng trong nh ững điều kiện cho phép. Trong cầu, mối nối bu lông chịu ép mặt không đư ợc dùng cho các liên k ết chịu ứng suất đổi dấu. Liên kết bu lông c ường độ cao chịu ma sát th ường dùng trong k ết cấu cầu chịu tải trọng thường xuyên gây ứng suất đổi dấu hoặc khi cần tránh biến dạng tr ượt của mối nối. http://www.ebook.edu.vn 26
  9. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Liên kết bu lông c ường độ cao chịu ép mặt chỉ đ ược dùng hạn chế cho các bộ phận chịu ứng suất một dấu v à cho các bộ phận thứ yếu. Trong xây d ựng cầu, cả li ên kết bu lông c ường độ cao v à liên kết hàn đều có thể đ ược sử dụng cho các mối nối ngo ài công trư ờng song li ên kết bu lông c ường độ cao đ ược dùng là chủ yếu. Li ên kết hàn chỉ được sử dụng trong các li ên kết thứ yếu, không chịu hoạt tải, dùng để liên kết các tấm mặt cầu hoặc các bộ phận không chịu lực chính. Trong th ực tế, th ường sử dụng hai loại bu lông c ường độ cao A325 v à A490 với đầu mũ và đai ốc theo ti êu chuẩn ASTM nh ư trên hình 2.2. Hình 2.3 Bu lông cường độ cao Bu lông CĐC A325 có th ể bằng thép chống rỉ. Các kích cỡ bu lông v à đường ren răng có thể tham khảo bảng 2.1 Bảng 2.1 Chiều dài đư ờng ren của bu lông CĐC Đường kính bu lông Chiều dài ren Chiều dài tổng Độ lệch ren (mm) (mm) danh đinh (mm) cộng ren (mm) 12.7 25.4 4.8 30.2 15.9 31.8 5.6 37.3 19.0 35.0 6.4 41.1 22.2 38.1 7.1 45.2 25.4 44.5 7.9 52.3 28.6 50.8 8.6 59.4 31.8 50.8 9.7 60.5 35.0 57.2 11.2 69.3 38.1 57.2 11.2 68.3 http://www.ebook.edu.vn 27
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2