intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD part 3

Chia sẻ: Shfjjka Jdfksajdkad | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

615
lượt xem
139
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22 tcn 272-05 và aashto lrfd part 3', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD part 3

  1. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD 2.4 Cường độ chịu cắt của bu lông Bu lông thư ờng khác với bu lông c ường độ cao không chỉ ở các thuộc tính của vật liệu m à còn ở chỗ lực ép chặt do xiết bu lông không đ ược tính đến. Bu lông th ường được quy định trong Tiêu chu ẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05 là bu lông ASTM A307. Sức kháng cắt danh định của bu lông c ường độ cao ở TTGH c ường độ trong các m ối nối mà khoảng cách giữa các bu lông xa nhất đo song song với ph ương lực tác dụng nhỏ hơn 1270 mm đư ợc lấy nh ư sau: Khi đường ren răng không cắt qua mặt phẳng cắt (2.7) Khi đường ren răng cắt mặt phẳng cắt (2.8) trong đó: Ab diện tích bu lông theo đ ường kính danh định (mm 2), Fub cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bu lông (MPa), v à Ns số mặt phẳng cắt cho mỗi bu lông Sức kháng cắt danh định của bu lông trong các mối nố i dài hơn 1270 mm đư ợc lấy bằng 0,80 lần trị số tính theo các công thức 2.7 hoặc 2.8. Sức kháng cắt danh định của bu lông th ường ASTM A307 đ ược xác định theo công thức 2.8. Khi bề d ày tệp bản nối của một bu lông A307 lớn h ơn 5 lần đường kính, sức kháng dan h định sẽ giảm đi 1,0% cho mỗi 1,50 mm lớn h ơn 5 lần đường kính. Sức kháng cắt có hệ số của bu lông l à , với đối với bu lông th ường và đối với bu lông c ường độ cao (bảng 1.1 ). VÍ DỤ 2.2 Xác định cường độ thiết kế của li ên kết cho trong h ình 2.10 d ựa trên sự cắt và ép mặt. Bản nút có chi ều dày 10 mm, thanh kéo có m ặt cắt ngang 12 120 mm 2. Sử dụng bu lông ASTM A307, đư ờng kính 20 mm, thép kết cấu M270 cấp 250. Hình 2.10 Hình cho ví d ụ 2.2 http://www.ebook.edu.vn 37
  2. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Lời giải Liên kết có thể đ ược coi l à liên kết đơn giản và các bu lông có th ể được xem là chịu lực như nhau. Trong h ầu hết các tr ường hợp, sẽ l à thuận tiện khi xác định c ường độ ứng với một bu lông rồi, sau đó, nhân với tổng số bu lông. a) Tính sức kháng cắt Bu lông ASTM A307 có cư ờng độ chịu kéo nhỏ nhất Diện tích mặt cắt ngang bu lông Số mặt chịu cắt của bu lông: Sức kháng cắt danh định của một bu lông đ ược tính theo công thức 2.8 Sức kháng cắt có hệ số của hai bu lông l à b) Tính s ức kháng ép mặt Thép kết cấu M270 cấp 250 có cường độ chịu kéo Fu = 400 MPa Đường kính lỗ bu lông để tính ép mặt h = d + 2 mm = 22 mm Kiểm tra ép mặt tr ên bản nút (bản mỏng h ơn). Lỗ sát mép bản nút < 2d = 40 mm Lỗ khác > 2d = 40 mm Cường độ chịu ép mặt đối với bản nút là Cường độ chịu ép mặt (245,76 kN) lớn h ơn cường độ chịu cắt (65,149 kN). Nh ư vậy, sức kháng c ắt của bu lông quyết định c ường độ li ên kết. Đáp số Xét về cắt và ép mặt, cường độ thiết kế của li ên kết là 65,149 kN (chú ý r ằng, một số TTGH khác c òn chưa được kiểm tra cũng nh ư cường độ chịu kéo của mặt cắt thanh gi ảm yếu, thực tế có thể quyết định c ường độ thiết kế). http://www.ebook.edu.vn 38
  3. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD VÍ DỤ 2.3 Hãy xác định cường độ thiết kế của li ên kết cho trong h ình 2.11 theo c ắt bu lông, ép m ặt thép cơ b ản và cường độ chịu kéo của thép c ơ bản. Bu lông đ ường kính 22 mm, bằng thép A325, đư ờng ren không cắt mặt phẳng cắt của mối nối. Sử dụng thép M270M, cấp 345 cho cấu kiện c ơ bản. Hình 2.11 Hình cho ví d ụ 2.3 Lời giải a) Tính s ức kháng c ắt: Tính cho m ột bu lông Bu lông ASTM A325 có cư ờng độ chịu kéo nhỏ nhất Diện tích mặt cắt ngang bu lông Số mặt chịu cắt của bu lông: Sức kháng cắt danh định của một bu lông đ ược tính theo công thức 2.7 Sức kháng cắt có hệ số của một bu lông l à Sức kháng cắt có hệ số của ba bu lông là b) Tính s ức kháng ép mặt Thép kết cấu M270 cấp 345W có cư ờng độ chịu kéo Fu = 450 MPa Đường kính lỗ bu lông để tính ép mặt h = d + 2 mm = 24 mm Kiểm tra ép mặt cho cả thanh kéo v à bản nút. http://www.ebook.edu.vn 39
  4. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Kiểm tra ép mặt cho thanh kéo Lỗ sát mép < 2d = 44 mm Các lỗ khác < 2d = 44 mm Cường độ chịu ép mặt đối với cấu kiện chịu kéo l à Kiểm tra ép mặt cho bản nút Với lỗ sát mép bản nút Với các l ỗ khác Cường độ chịu ép mặt đối với bản nút l à Như vậy, cường độ chịu ép mặt của bản nút l à khống chế c) Kiểm tra c ường độ chịu kéo của thanh kéo Với mặt cắt nguy ên: Diện tích mặt cắt nguy ên của thanh kéo l à Sức kháng chảy có hệ số đ ược xác định theo công thức 3.1 với Với mặt cắt hữu hiệu (giảm yếu bởi lỗ bu lông) Diện tích mặt cắt thực hữu hiệu Ae của thanh kéo đ ược tính theo công thức 3.3 http://www.ebook.edu.vn 40
  5. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Ở đây, li ên kết chịu lực đều n ên U = 1,0. Như v ậy Sức kháng kéo đứt có hệ số đ ược xác định theo công thức 3.2 với Như vậy, cường độ thanh kéo đ ược quyết định bởi sức kháng kéo đứt, bằng 233,172 kN. Đáp số Cường độ thanh kéo (233,172 kN) nhỏ h ơn cường độ chịu cắt của các bu lông (363,33 kN) và cư ờng độ chịu ép mặt của các bản nối (477,316 kN). Vậy, c ường độ thiết kế của liên kết là 233,172 kN. Cắt khối Với các mối nối chịu kéo thông thường khi tiến hành thí nghiệm ta thấy có một phần hoặc một “khối” vật liệu (của bản nút hoặc của cấu kiện chịu kéo) có thể bị xé rách. Ví dụ như cấu kiện chịu kéo là thép góc không đều cánh ở hình sau là mô tả hiện tượng này và ta gọi đó là hiện tượng cắt khối. Trong h ình vẽ phần được gạch chéo có xu hướng bị phá hoại theo m ặt chịu cắt dọc ab và phá hoại theo m ặt chịu kéo ngang bc. Quá trình nay khi tính toán ta sẽ dựa trên giả thiết rằng trong hai m ặt phá hoại thì một mặt sẽ đạt đến cường độ phá hoại và mặt kia đạt đến cường độ chảy. Điều này có nghĩa là nếu phá hoại xảy ra trên mặt chịu cắt thì mặt chịu kéo sẽ đạt đến giới hạn chảy hoặc nếu phá hoại xảy ra trên mặt chịu kéo thì mặt chịu cắt sẽ đạt đến giới hạn chảy. Cả hai mặt chịu kéo và chịu nén này sẽ tạo nên sức kháng cắt khối, hay sức kháng cắt khối là tổng sức kháng của hai mặt chịu kéo và chịu cắt. Hình 2.12 : Phá hoại do cắt khối Xác đinh sức kháng cắt khối: - Nếu Atn ≥ 0,58A vn thì phá hoại xảy ra trên mặt chịu kéo mặt chịu cắt lúc đó đạt đến giới hạn chảy và sức kháng cắt khối danh định được tính như sau: Pnbs = 0,58FyAvg + FuAtn http://www.ebook.edu.vn 41
  6. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD - Nếu Atn < 0,58Avn thì phá hoại xảy ra trên mặt chịu cắt, mặt chịu kéo lúc đó đạt đến giới hạn chảy và sức kháng cắt khối danh định được tính như sau: Pnbs = 0,58FuAvn + FyAtg Sức kháng cắt khối tính toán được tính như sau: Prbs = bsPnbs Trong đó: Pnbs: Sức kháng cắt khối danh định Prbs: Sức kháng cắt khối tính toán bs : Hệ số sức kháng cắt khối ( =0,8) bs Avg: Diện tích nguy ên chịu cắt Avn: Diện tích thực chịu cắt Atg: Diện tích nguy ên chịu kéo Atn: Diện tích thực chịu kéo VÍ DỤ 2.4 Cho một liên kết chịu lực như hình vẽ. Tính duỵệt khả năng chịu lực của liên kết theo sức kháng cắt khối biết cả hai chi tiết trên đều được chế tạo từ thép M270 cấp 345, bul ông đường kính d = 22mm v à lực dọc có hệ số ở TTGHCĐ Pu = 550 kN 40 70 40 Pu 70 70 70 55 40 70 40 70 55 Hình 2.13 : Hình cho ví dụ 2.4 Phá hoại do cắt khối có thể xảy ra trên cả bản nút hoặc thanh k éo do đó ta phải tính toán sức kháng cắt khối trên cả thanh kéo và bản nút. a. Trên thanh kéo: Diện tích thực chịu kéo Atn được tính như sau Atn = 12*(70 – 24) = 552 mm 2 Diện tích thực chịu cắt Avn được tính như sau Avn = 2*12*(110 – 1,5*24) = 1776 mm 2 Vậy Atn = 552 mm 2 < 0,58Avn = 0,58*1776 = 1030,08 mm 2 Do đó sức kháng cắt khối danh định được tính như sau: http://www.ebook.edu.vn 42
  7. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Pnbs = 0,58FuAvn + FyAtg = 0,58*450*1776 + 345*840 = 753336 (N) = 753,34 (KN) Với diện tích nguy ên chịu kéo Atg = 70*12 = 840 mm 2 b. Trên b ản nút: Diện tích thực chịu kéo Atn được tính như sau Atn = 10*(70 – 24) = 460 mm 2 Diện tích thực chịu cắt Avn được tính như sau Avn = 2*10*(125 – 1,5*24) = 1780 mm 2 Vậy Atn = 460 mm 2 < 0,58Avn = 0,58*1780 = 1032,24 mm 2 Do đó sức kháng cắt khối danh định được tính như sau: Pnbs = 0,58FuAvn + FyAtg = 0,58*450*1780 + 345*700 = 706080 (N) = 706,08(KN) Với diện tích nguy ên chịu kéo Atg = 70*10 = 700 mm 2 Vậy sức kháng cắt khối của liên kết là: Prbs = bsPnbs = 0,8*706,08 = 564,864 (kN) Vậy theo sức kháng cắt khối liên kết đảm bảo khả năng chịu lực 2.5 Liên kết bu lông c ường độ cao chịu ma sát Liên kết bằng bu lông c ường độ cao đ ược phân loại th ành liên k ết chịu ma sát hoặc li ên kết chịu ép mặt. Một li ên kết chịu ma sát l à liên kết mà trong đó s ự trượt bị cản trở, nghĩa là lực ma sát phải không bị v ượt quá. Trong một li ên kết chịu ép mặt, sự tr ượt có thể xảy ra và sự cắt cũng nh ư ép mặt thực sự xảy ra. Trong một số loại kết cấu, đặc biệt l à kết cấu cầu, liên kết có thể phải chịu nhiều chu ký ứng suất đổi dấu. Trong những tr ường hợp như vậy, mỏi của bu lông có thể l à quyết định và sử dụng li ên kết chịu ma sát l à thích hợp. Tuy nhiên, trong h ầu hết các kết cấu, sự tr ượt ho àn toàn đư ợc chấp nhận v à chỉ cần cấu tạo liên kết chịu ép mặt. (Bu lông A307 chỉ đ ược sử dụng trong các li ên kết chịu ép mặt). Việc lắp đặt đúng quy cách v à sự đạt được lực kéo ban đầu đúng quy định l à cần thiết đối với các liên kết chịu ma sát. C òn trong các liên k ết chịu ép mặt, các y êu cầu đối với lắp đặt bu lông thực tế chỉ l à chúng đư ợc kéo đủ để các cấu kiện li ên kết áp chặt v ào nhau. Việc tính toán li ên kết chịu ép mặt của bu lông c ường độ cao đ ược tiến h ành tương t ự như đối với bu lông th ường, đã được trình bày trong các m ục 2.2 – 2.4. Mặc dù các liên k ết ma sát về lý thuyết không chịu cắt v à ép mặt, chúng phả i có đủ cường độ chịu cắt v à ép mặt trong t ình huống có vượt tải, khi m à sự trượt có thể xảy ra. Để ngăn ngừa sự tr ượt, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05 quy đ ịnh việc tính toán phải được tiến hành với tổ hợp tải trọng sử dụng . Sức kháng tr ượt của bu l ông cường độ cao, về c ơ bản, là một hàm của tích số giữa hệ số ma sát tĩnh v à lực căng tr ước trong bu lông. Quan h ệ này được phản ánh bằng công thức xác định sức kháng tr ượt danh định của một bu lông c ường độ cao nh ư sau http://www.ebook.edu.vn 43
  8. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD (2.9) trong đó: Ns số mặt ma sát của mỗi bu lông (thực tế bằng số mặt cắt của bu lông), Pt lực kéo tối thiểu y êu cầu trong bu lông, đ ược quy định trong bảng 2.3, Kh hệ số kích th ước lỗ, đ ược quy định trong bảng 2.4, v à Ks hệ số điều kiện bề mặt , được quy định trong bảng 2.5. Bảng 2.4 Lực kéo tối thiểu y êu cầu trong bu lông Đường kính bu lông Lực kéo tối thiểu y êu cầu trong bu lông Pt (kN) (mm) Bu lông A325M Bu lông A490M 16 91 114 20 142 179 22 176 221 24 205 257 27 267 334 30 326 408 36 475 595 Bảng 2.5 Các trị số của K h Cho các l ỗ chuẩn 1,0 Cho các l ỗ quá cỡ và khía rãnh ng ắn 0,85 Cho các l ỗ khía r ãnh dài với r ãnh vuông góc v ới 0,70 phương c ủa lực Cho các l ỗ khía r ãnh dài với r ãnh song song v ới 0,60 phương c ủa lực Bảng 2.6 Các trị số của K s Cho các đi ều kiện bề mặt loại A 0,33 Cho các đi ều kiện bề mặt loại B 0,50 Cho các đi ều kiện bề mặt loại C 0,33 Tiêu chuẩn đối với các loại bề mặt: Loại A: các lớp cáu bẩn đ ược làm sạch, bề mặt không s ơn và đư ợc làm sạch bằng thổi với lớp phủ loại A. Loại B: các bề mặt không s ơn và đư ợc làm sạch bằng thổi với lớp phủ loại B. Loại C: bề mặt mạ kẽm nóng, đ ược làm nhám b ằng bàn chải sắt sau khi mạ. Sức kháng tr ượt tính toán (có hệ số) của bu lông c ường độ cao cũng chính l à sức kháng trượt danh định ( ) (2.10) http://www.ebook.edu.vn 44
  9. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD 2.6 Liên kết bu lông c ường độ cao chịu kéo Khi lực kéo tác dụng l ên một bu lông không đ ược căng tr ước thì lực kéo trong bu lông sẽ bằng lực tác dụng. Tuy nh iên, nếu bu lông đ ược kéo tr ước thì một phần lớn tải trọng tác dụng được sử dụng v ào việc làm giảm bớt lực nén hay lực ép giữa các bộ phận đ ược liên kết. Các bu lông c ường độ cao chịu kéo dọc trục phải đ ược căng đến lực quy định trong bảng 2.3. Lực tác dụn g lên liên k ết chịu kéo đ ược xác định bằng tổng cộng lực do tải trọng b ên ngoài sinh ra và l ực do tác động bẩy l ên đối với bu lông. Theo Tiêu chu ẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05, sức kháng kéo danh định của bu lông cường độ cao, Tn, độc lập với mọi lực xiết b an đầu, được tính bằng công thức (2.11) trong đó: Ab diện tích bu lông theo đ ường kính danh định (mm 2) Fub cường độ chịu kéo nhỏ nhất quy định của bu lông (MPa) Tác động bẩy l ên Do tác đ ộng bẩy l ên gây ra bởi sự biến dạng của các cấu kiện tr ong liên kết chịu kéo (h ình 2.14), bu lông cư ờng độ cao chịu một lực kéo bổ sung. Lực kéo do tác động bẩy đ ược tính bằng (2.12) Hình 2.14 Tác đ ộng bẩy l ên trong liên k ết bu lông ch ịu kéo http://www.ebook.edu.vn 45
  10. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD trong đó: Qu lực nhổ trên một bu lông do tải trọng có hệ số, đ ược lấy bằng không khi lực l à âm (N) Pu lực kéo trực tiếp tr ên một bu lông do tải trọng có hệ số (N) a khoảng cách từ tim bu lông đến mép tấm (mm) b khoảng cách từ tim bu lông đến chân đ ường hàn của cấu kiện li ên kết (mm) t bề dày nhỏ nhất của các cấu kiện li ên kết 2.7 Liên kết hàn đơn giản Liên kết hàn là hình th ức liên kết chủ yếu hiện nay trong kết cấu thép. Li ên kết hàn đơn giản về cấu tạo, thiết kế v à thi công, ít chi ti ết và không gây gi ảm yếu mặt cắt. Thông thường, các cấu kiện thép đ ược hàn nối trong nh à máy và đư ợc lắp ghép tại công tr ường bằng bu lông c ường độ cao. Tuy nhiên, như ợc điểm của li ên kết hàn là thư ờng gây ứng suất d ư, đặc biệt trong những mối h àn lớn. Ngo ài ra, chất lượng mối h àn phụ thuộc nhiều v ào công ngh ệ hàn và trình độ người thi công. Các mối hàn được thiết kế với c ường độ bằng c ường độ thép c ơ bản, trong đó, que hàn được quy định ph ù hợp với từng loại thép kết cấu (tham khảo t ài liệu [2]). 2.7.1 Cấu tạo li ên kết hàn Các loại mối h àn chủ yếu trong kết cấu thép l à hàn góc, hàn rãnh và hàn đinh tán, trong đó thông dụng nhất l à hàn góc. Khi ch ịu lực nhỏ, đ ường hàn góc là kinh t ế vì không ph ải gia công mép c ấu kiện hàn. Khi ch ịu lực lớn, mối h àn rãnh có hi ệu quả hơn vì mối hàn có thể ngấu hoàn toàn vào thép cơ b ản. Hàn đinh tán ch ỉ được sử dụng khi không thể h àn góc hay hàn rãnh. Trong m ột liên kết, có thể sử dụng kết hợp nhiều loại đ ường hàn. Các loại vật liệu hàn được quy đinh như sau: Thép hàn cho công trình c ầu được thống k ê cùng với que hàn yêu cầu trong bảng 2.7 và m ối hàn phải ngấu ho àn toàn. Các m ối hàn được thiết kế với cường độ bằng c ường độ thép c ơ bản. Bảng 2.7 Yêu cầu thép v à que hàn thích h ợp trong xây dựng cầu Thép cơ b ản Tia hồ quang đ ược che chắn Tia hồ quang nhấn ch ìm Tia hồ quang trong khí trơ A36/M270 c ấp 250 AWS A.5.1hoặc A.5.5E7016 , AWS A5.17 AWSA5.20 E7018,ho ặc E7028,E7016 -X, F6A0-EXXX F7A0 - E6XT-1.5 E7018-X EXXX E7XT-1.5 A572cấp 50/M270M AWS A5.1 or A5. E7016, AWSA5.17F7A10 - AWSA5.20E7XT -1.5 http://www.ebook.edu.vn 46
  11. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Thép cơ b ản Tia hồ quang đ ược che chắn Tia hồ quang nhấn ch ìm Tia hồ quang trong khí trơ EXXX Cấp 345 loại 1,2,3 E7018, E7028, E7016-X hoặc E7018 -X A588/M270M AWS A5.1E7016, E7018, AWS A5.17 AWS A5.20 Cấp 345 W E7028, AWS A5.5E7016 -X hoặc A5.23 hoặc A5.29 E7018-X, E7028-X, E7018-W F7A0- EXXX E7XT-15 E7015, 16, 18-C1L, C2L F8A0- EXXX E8XT-1,5NiX, W E8016, 18C1, C2, E8016, 18C3, E8018-W A852/M270 C ấp AWS A5.5 E9018 -M AWS A5.23 AWS A5.29 485 W F9A0-EXXX-X E9XT1-X,E9XT5-X A514/M270 AWS A5.5 E1018 -M Cấp 690 và 690 W Dày trên 63.5mm Bảng 2.8: Các vật liệu thép h àn theo tiêu chu ẩn Mĩ (Bảng 3.1 –22TCN280-01) Thép cơ bản Yêu cầu cơ tính vật liệu hàn Yêu cầu kiểm tra chứng chỉ Ký hiêụ Phân loại theo CVN (J) chảy bền chảy bền AASHTO AWS (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (%) (ASTM) M270M Hàn tự động dưới thuốc: - 20o C F6A0-EXXX 330 415 - 550 300 400 - 565 22 27 (A709M) - 20o C F7A0-EXXX 400 480 - 655 370 470 - 670 22 27 Cấp 250 Hàn dâ y lõi thuốc: - 20o C E6XT-1,5 345 428min 315 415 - 600 22 27 - 20o C E7XT-1,5 414 497 min 385 485 - 655 22 27 Hàn trong khí bảo vệ: - 20o C ER70S - 2, 3, 6, 7 400 480 min 385 485 - 670 22 27 M270M Hàn tay: (A709M) E7016, E7018 Không kiểm tra Cấp 345 E7028 399 482 min loại 1, 2, 3 E7016-X, E7018-X 390 480 min Hàn tự động dưới thuốc: - 20 o C F7A0-EXXX 400 485 - 655 370 470 - 670 22 27 Hàn dâ y lõi thuốc: - 20o C E7XT-1,5 414 497 min 385 485 - 655 22 27 Hàn trong khí bảo vệ: - 20o C ER70S - 2, 3, 6, 7 400 480 min 370 470 - 670 22 27 http://www.ebook.edu.vn 47
  12. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Thép cơ bản Yêu cầu cơ tính vật liệu hàn Yêu cầu kiểm tra chứng chỉ Ký hiêụ Phân loại theo CVN (J) chảy bền chảy bền AASHTO AWS (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (%) (ASTM) M270M Hàn tay: Không kiểm tra (A709M) E9018-M 540 - 620 620 min Cấp 485 Hàn tự động dưới thuốc: - 25o C F9A0-EXXX-X 540 620 - 760 510 605 - 785 17 34 Hàn dâ y lõi thuốc: - 25o C E9XT1-X 540 620 - 760 510 605 - 785 17 34 - 25o C E9XT5-X 540 620 - 760 510 605 - 785 17 34 2.7.1.1 Hàn góc Mối hàn góc đư ợc thực hiện ở góc vuông giữa hai cấu kiện cần li ên kết (hình 2.15). Mặt cắt mối h àn có thể quy về dạng tam giác vuông. Kích th ước đặc trưng của mặt cắt mối hàn là c ạnh nhỏ h ơn trong hai c ạnh vuông góc của tam giác, đ ược gọi l à chiều dày đường hàn, ký hi ệu là w. Do một đoạn đ ường hàn có th ể chịu tác dụng của cắt, nén hay kéo theo m ọi phương, một đường hàn yếu nhất là khi ch ịu cắt v à nó luôn luôn đư ợc giả thiết là bị phá hoại do cắ t. Đặc biệt, sự phá hoại đ ược giả thiết l à xảy ra do cắt trong mặt phẳng đi qua chỗ hẹp nhất của đ ường hàn. Bề rộng nhỏ nhất n ày là kho ảng cách vuông góc từ chân đ ường hàn tới đường huyền của tam giác. Hình 2.15 Mối hàn góc 2.7.1.2 Hàn rãnh Mối hàn rãnh th ường được sử dụng để nối hai cấu kiện nằm tro ng cùng m ột mặt phẳng (hình 2.1 6), nhưng c ũng có thể d ùng cho m ối nối chữ T hay mối nối góc. Trong loại mối hàn này, mép các c ấu kiện phải đ ược gia công để đảm bảo cho mối h àn ngấu trên toàn b ộ chiều dày các thanh n ối. http://www.ebook.edu.vn 48
  13. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 2.16 Mối hàn rãnh 2.7.1.3 Giới hạn kích th ước của mối h àn góc Theo Tiêu chu ẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05, chiều dày lớn nhất của mối h àn góc d ọc theo cạnh của cấu kiện li ên kết được lấy bằng Chiều dày bản nối, nếu bản nối mỏng h ơn 6 mm Chiều dày bản nối t rừ đi 2 mm nếu bản nối d ày hơn ho ặc bằng 6 mm. Chiều dày nhỏ nhất của mối h àn góc đư ợc quy định nh ư trong b ảng 2.6. Bảng 2.9 Chiều dày nh ỏ nhất của đ ường h àn góc (Tiêu chu ẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05 ) Chiều dày chi tiết liên kết mỏng h ơn Chiều dày nhỏ nhất của đ ường hàn góc (mm) (mm) 6 T 20 T >20 8 Chiều dài có hiệu nhỏ nhất của đ ường hàn góc phải lớn h ơn bốn lần chiều d ày của nó và phải lớn h ơn 40 mm. Các quy đ ịnh cấu tạo chi tiết của li ên kết hàn theo Tiêu chu ẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 có th ể tham khảo trong T ài liệu [2]. 2.7.2 Sức kháng tính toán của mối h àn 2.7.2.1 Mối hàn rãnh a) Mối hàn rãnh ng ấu hoàn toàn Chịu lực dọc trục Sức kháng tính toán của các li ên kết hàn rãnh ng ấu hoàn toàn ch ịu nén hoặc chịu kéo trực giao với diện tích hữu hiệu hoặc song song v ới trục đ ường hàn được lấy nh ư sức kháng tính toán c ủa thép c ơ bản. Chịu cắt Sức kháng tính toán của các li ên kết hàn rãnh ng ấu hoàn toàn ch ịu cắt tr ên diện tích hữu hiệu được lấy theo trị số nhỏ h ơn hoặc cho bởi công thức 2.13 hoặc 60% sức kh áng tính toán chịu kéo của thép c ơ bản. http://www.ebook.edu.vn 49
  14. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD (2.13) trong đó cường độ phân loại của thép đ ường hàn hệ số sức kháng đối với đối với thép h àn (bảng 1.1) b) Mối hàn rãnh ng ấu cục bộ Chịu lực dọc trục Sức kháng tính toán của các li ên kết hàn rãnh ng ấu cục bộ chịu kéo hoặc chịu nén song song với trục đ ường hàn hoặc chịu nén trực giao với diện tích hữu hiệu đ ược lấy nh ư sức kháng tính toán c ủa thép c ơ bản. Sức kháng tính toán c ủa các liên kết hàn rãnh ng ấu cục bộ chịu kéo trực giao với diện tích hữu hiệu đ ược lấy theo trị số nhỏ h ơn hoặc cho bởi công thức 2.14 hoặc sức kháng tính toán ch ịu kéo của thép c ơ bản. (2.14) trong đó, là hệ số sức kháng đối với thép h àn (bảng 1.1) Chịu cắt Sức kháng tính toán của các li ên kết hàn rãnh ng ấu cục bộ chịu cắt song song với trục đường hàn được lấy theo trị số nhỏ h ơn hoặc của sức kháng có hệ số của vật liệu liên kết được quy định trong điều 6.13.5 (Ti êu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05), hoặc cho bởi công thức 2.15 (2.15) trong đó, là hệ số sức kháng đối với thép h àn (bảng 1.1). 2.7.2.2 Mối hàn góc Chịu lực dọc trục Sức kháng tính toán của li ên kết bằng đ ường hàn góc ch ịu nén hoặc chịu kéo song song với trục đ ường hàn được lấy nh ư sức kháng tính toán của thép c ơ bản. Chịu cắt Sức kháng tính toán của đ ường hàn góc ch ịu cắt trên diện tích hữu hiệ u được lấy theo trị số nhỏ hơn hoặc cho bởi công thức 2.16 hoặc sức kháng có hệ số của vật liệu li ên kết được quy định trong điều 6.13.5. (2.16) trong đó cường độ phân loại của thép đường hàn hệ số sức kháng đối với đối với thép h àn (bảng 1.1) http://www.ebook.edu.vn 50
  15. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Sức kháng có hệ số của vật liệu li ên kết trong li ên kết chịu cắt đ ược quy định nhằm đảm bảo không xảy ra phá hoại cắt đối với cấu kiện li ên kết (hình 2.17), phải được lấy theo công th ức 2.17. (2.17) (2.18) trong đó, Ag là diện tích nguy ên chịu cắt của cấu kiện li ên kết, Fy là cường độ chảy của thép liên k ết và là hệ số sức kháng đối với cắt ( ). Hình 2.17 Đường hàn góc ch ịu cắt. Cần phải kiểm tra c ường độ chịu cắt của tấm công son Diện tích hữu hiệu của đ ường hàn góc b ằng chiều d ài hữu hiệu của đ ường hàn nhân với chiều d ày tính toán c ủa mối hàn, là khoảng cách nhỏ nhất từ chân đ ường hàn đến mặt mối hàn (hình 2.1 8). Trong ph ần lớn các b ài toán c ủa liên kết hàn, phân tích c ũng như thiết kế, nên sử dụng cường độ tr ên một đơn vị chiều dài của đường hàn (hoặc là cường độ của bả n thân đường hàn, hoặc là cường độ của thép c ơ bản, tuỳ theo giá trị n ào nhỏ hơn). Cách ti ếp cận này sẽ được minh hoạ trong ví dụ sau đây. HÌnh 2.1 8 Mặt cắt tính toán của đ ường hàn góc http://www.ebook.edu.vn 51
  16. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD VÍ DỤ 2.5 Một thanh thép dẹt chịu kéo dọc trục đ ược liên kết vào một bản nút nh ư trong h ình 2.19. Đường hàn góc có chi ều dày 6 mm đư ợc chế tạo bằng que h àn E70XX có cư ờng độ . Sử dụng thép kết cấu loại M270, cấp 250 . Giả thiết rằng c ường độ chịu kéo của thanh kéo l à được đảm bảo. H ãy xác định cường độ thiết kế của li ên kết hàn. Hình 2.19 Hình cho ví d ụ 2.5 Lời giải Do đường hàn được bố trí đối xứng với trục dọc của cấu kiện, li ên kết được xem l à một liên kết đơn giản và không có t ải trọng bổ sung do lệch tâm. Chiều dày tính toán c ủa đường hàn là (0,707 6) Khả năng chịu cắt tr ên một đơn vị chiều dài (1 mm) đư ờng hàn là Khả năng chịu cắt tr ên một đơn vị chiều dài của thanh nối mỏng h ơn (bản nút) l à → Cường độ đ ường hàn là quyết định. Khả năng chịu lực của to àn liên k ết là Đáp số Cường độ thiết kế của li ên kết hàn là 197,52 kN. VÍ DỤ 2.6 Một thanh thép d ẹt có kích th ước 12 100 mm2 bằng thép M270, cấp 250 chịu kéo đúng tâm với lực kéo có hệ số bằng 210 kN. Tha nh kéo đư ợc hàn vào b ản nút có chi ều dày 10 mm như trong h ình 2.20. Hãy thi ết kế li ên kết hàn. http://www.ebook.edu.vn 52
  17. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 2. 20 Hình cho ví d ụ 2.6 Lời giải Đối với thép c ơ bản M270, cấp 250, thường dùng loại que h àn E70XX có . Thử chọn đ ường hàn có kích thước tối thiểu w = 6 mm. Khả năng chịu lực của một đ ơn vị chiều d ài đường hàn, như đ ã được tính trong ví dụ 2.5, là 987,6 N/mm. Khả năng chịu cắt tr ên một đơn vị chiều dài của thanh nối mỏng h ơn (bản nút) l à → Cường độ đ ường hàn là quyết định. Chiều dài đường hàn cần thiết là thoả mãn yêu c ầu về chiều d ài tối thiểu của đ ường hàn là 4w = 24 mm và 40 mm. Đáp số Vậy, sử dụng hai đ ường hàn song song b ằng nhau, mỗi đ ường hàn dài 110 mm. 2.8 Các trư ờng hợ p liên kết lệch tâm Liên kết lệch tâm l à một liên kết mà trong đó, h ợp các lực tác dụng không đi qua trọng tâm của các bu lông hoặc đ ường hàn. Nếu liên kết có một mặt phẳng đối xứng th ì trọng tâm diện tích chịu cắt của bu lông hoặc đ ường hàn có th ể được sử dụng làm điểm tham chiếu và khoảng cách vuông góc từ đ ường tác dụng của tải trọng đến trọng tâm n ày được gọi l à độ lệch tâm. Mặc d ù hầu hết các li ên kết trong thực tế chịu lực lệch tâm nh ưng trong nhi ều trường hợp, độ lệch tâm l à nhỏ và có thể được bỏ qua . 2.8.1 Liên kết bu lông lệch tâm chỉ chịu cắt Liên kết công son v ào cột như trong h ình 2.1d là một ví dụ của li ên kết bu lông chịu cắt lệch tâm. Có hai cách tiếp cận để giải quyết b ài toán: phân tích đàn h ồi theo truyền http://www.ebook.edu.vn 53
  18. Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD thống và phân tích cư ờng độ giới hạn. Phần sau đây tr ình bày cách tính liên k ết bu lông lệch tâm bằng phân tích đ àn hồi. Cách tính toán theo phân tích c ường độ giới hạn có thể tham khảo tài liệu [5]. Phân tích đàn h ồi Tải trọng P tác dụng lệch tâm có thể đ ược thay thế bằng một lực P tác dụng tại t rọng tâm cộng với một mô men M = P.e , với e là độ lệch tâm. Dưới tác dụng của tải trọng đúng tâm P, mỗi bu lông chịu tác dụng của một phần lực chia đều , với n là số bu lông. Dưới tác dụng của mô men, nội lực của bu lông có thể đ ược xác định khi coi ứng suất cắt trong bu lông l à do xoắn của một mặt cắt ngang đối với các diện tích mặt cắt ngang của các bu lông. Nh ư vậy, ứng suất cắt trong mỗi bu lông có thể đ ược tính theo công thức về xoắn (2.19) trong đó D khoảng cách từ trọng tâm của diện tích tới điểm cần tính ứng suất J mô men quán tính c ực của diện tích quanh trọng tâm và ứng suất fv vuông góc v ới d. Nếu áp dụng định lý trục song song, J cho toàn th ể diện tích có thể xấp xỉ bằng Ở đây, giả thiết tất cả các bu lông có c ùng diện tích. Công thức 2.19 có thể đ ược viết thành và lực cắt trong mỗi bu lông do mô men sinh ra l à Hai thành ph ần lực cắt đ ã được xác định có thể đ ược cộng vec t ơ để tạo thành hợp lực p như được minh hoạ trong h ình 2.21. Kích thư ớc của bu lông sẽ đ ược chọn theo nội lực lớn nhất trong các bu lông. http://www.ebook.edu.vn 54
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=615

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2