Bài giảng môn Kết cấu thép 1 - Cấu kiện cơ bản

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

277
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng môn Kết cấu thép 1 - Cấu kiện cơ bản trình bày đại cương về kết cấu thép, vật liệu và sự làm việc của kết cấu thép, cấu kiện chịu uốn, cấu kiện chịu nén đúng tâm. Cùng đọc tài liệu để hiểu rõ hơn về các nội dung trên của bài giảng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn Kết cấu thép 1 - Cấu kiện cơ bản

MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP 1 CẤU KIỆN CƠ BẢN 1
Yêu cầu SV học môn Kết cấu thép  Yêu cầu SV có giáo trình Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản;  Yêu cầu SV tự học từ các Slides bài giảng và Giáo trình trước khi đến lớp nghe giảng;  Khuyến khích SV đặt các câu hỏi về nội dung bài giảng trong giờ học;  Yêu cầu SV làm bài tập lớn ở nhà và GV sẽ kiểm tra và hướng dẫn sau mỗi chương môn học;  Yêu cầu SV phải tham gia tối thiểu 80% số tiết học; Cuối kỳ học sẽ có bài kiểm tra cho toàn bộ nội dung môn học; 2
MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP a) Khái niệm: Kết cấu thép là cụm từ chỉ Kết cấu chịu lực của các công trình xây dựng được làm bằng vật liệu thép xây dựng. Kết cấu thép: gồm các “Cấu kiện thép” như dầm thép, cột thép, …. được liên kết với nhau tạo thành hệ kết cấu để cùng chịu lực. b) Ưu điểm chính của KC thép: - Khả năng chịu lực lớn: vì vật liệu thép có cường độ lớn; lớn hơn hàng chục lần cường độ chịu nén của vật liệu bê tông. - Độ tin cậy cao khi chịu lực: vì vật liệu thép có cấu trúc khá thuần nhất nên các giả thiết trong tính toán khá sát với sự làm việc th ực t ế của v ật liệu thép. - Tính công nghiệp hoá cao: vì được chế tạo sẵn hàng loạt, theo các môđun ở trong các nhà máy. - Tính linh hoạt cao: vì dễ dàng sửa chữa, dễ thay thế, dễ tháo gỡ, dễ 3 dàng vận chuyển, có thể tái sử dụng nhiều lần cho mục đích khác nhau.
MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP (tiếp 2/2) c) Nhược điểm của KC thép: - Dễ bị ăn mòn, dễ bị gỉ: nên chi phí cho bảo dưỡng (chi phí cho sơn, mạ) cần theo định kỳ; - Khả năng chịu lửa kém: nên cần phải bọc thép bằng một lớp vật liệu chịu lửa; d) Phạm vi ứng dụng của KC thép: Với ưu điểm chính về khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao nên kết cấu thép luôn là giải pháp hữu hiệu cho những kết cấu công trình đặc biệt, nh ư: Kết cấu nhà công nghiệp có nhịp lớn; Kết cấu các công trình thể thao có nhịp lớn và hình dáng đặc biệt; Kết cấu dầm cầu; Kết cấu giàn khoan trên biển; Kết cấu khung nhà cao tầng, đặc biệt ở những nơi có động đất mạnh; Kết cấu tháp truyền hình; Kết cấu bể chứa xăng dầu. 4
CHƯƠNG 1. VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP §1.1 THÉP XÂY DỰNG 1. Khái quát chung: Thép xây dựng là hợp kim của sắt (Fe), cacbon (C), và một số chất khác; trong đó thành phần : Fe chiếm chủ yếu C chiếm < 1,7% Một số chất khác như O, P, Si, … chiếm không đáng kể. Quy trình luyện thép: (luyện trong lò) (Khử bớt C) (để nguội) Quặng sắt Gang lỏng Thép lỏng Phôi thép (Sắt oxýt Fe2O3 và (Fe và C > 1,7%) (Fe và C < 1,7%) Fe3O4 là chủ yếu) Thép cán nóng Thép sợi Thép hình Thép tấm 5 L, I, C, O, T …
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép Xây dựng 2.1. Theo thành phần hoá học của thép: a) Thép cacbon: Gồm Fe; hàm lượng C < 1,7% ; và một số chất khác chiếm không đáng kể; không có các thành phần hợp kim khác; Hàm lượng C quyết định đặc trưng tính chất cơ học của thép : thép mềm dẻo hay cứng giòn, dễ hàn hay khó hàn, … Có 3 loại Thép cacbon: Thép cacbon cao: hàm lượng 1,7% > C ≥ 0,6% ; thép rất cứng, rất giòn, khó hàn => rất ít dùng trong xây dựng. Thép cacbon vừa: hàm lượng 0,6% > C ≥ 0,22% ; thép khá giòn, ít dẻo => ít dùng trong xây dựng. Thép cacbon thấp: hàm lượng 0,14 % < C < 0,22% ; thép mềm, dẻo, dễ hàn => dùng phổ biến trong xây dựng. (dùng cho kết cấu chịu lực) 6
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép XD (tiếp 2/3) 2.1. Theo thành phần hoá học của thép: b) Thép hợp kim: Gồm Fe và C là 2 thành phần hoá học chính, ngoài ra còn có thêm các thành phần hợp kim khác như: Cr, Ni, Mn, Ti, … Đó là những thành phần hợp kim có lợi cho thép, được cho thêm vào => nhằm nâng cao chất lượng của thép: như tăng độ bền, tăng độ dẻo khi chịu lực tác dụng động; tăng khả năng chịu va đập; tăng khả năng chống gỉ, ... Có 3 loại Thép hợp kim : Thép hợp kim vừa và cao: có tổng hàm lượng của các hợp kim => không dùng trong xây dựng; Thép hợp kim thấp: có tổng hàm lượng các hợp kim => được dùng chủ yếu trong xây dựng; 7
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép XD (tiếp 3/3) 2.2. Theo mức độ khử oxy: Trong quá trình luyện thép, Nếu bọt khí còn tồn tại trong thép sẽ làm giòn thép. Bọt khí thường không được khử triệt để vì làm tăng giá thành, th ường khử 50% ~ 70%. Có 3 loại : Thép sôi: Không sử dụng biện pháp khử oxy, thép để nguội tự nhiên, nên bọt khí còn tồn tại trong thép nhiều và phân bố không đều. => Chất lượng thép không tốt, thép dễ bị phá hoại giòn và lão hoá. Thép tĩnh (thép lặng): Khử oxy một cách triệt để bằng cách trong quá trình luyện, cho vào những chất khử như Si, Au, Mn, ... nên không còn bọt khí trong thép. => Chất lượng thép rất tốt, nhưng giá thành cao. Sử dụng cho các công trình quan trọng, hoặc công trình ch ịu tải trọng động vì thép rất khó phá hoại giòn. Thép nửa tĩnh (thép nửa lặng): Khử oxy không hoàn toàn, khử khoảng 50% oxy => chất lượng thép trung bình, trung gian giữa 2 loại thép sôi và8 thép tĩnh. Sử dụng trong xây dựng công trình.
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 3. Cấu trúc và thành phần hoá học của thép XD (Tự xem tài liệu) Trong điều kiện bình thường, thép có cấu trúc tinh thể, gồm 3 thành phần chính: Ferit: là sắt nguyên chất (Fe), chiếm tới 99% thể tích, rất mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ tác dụng với Xementit oxy. Xementit: là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), nằm xen kẽ giữa các hạt Ferit; rất cứng và Peclit giòn. Peclit: là hỗn hợp của Ferit và Xementit tạo Ferit thành màng mỏng bao xung quanh hạt Ferit. Cường độ của màng Peclit là trung gian giữa Xementit và Ferit, quy ết đ ịnh tính dẻo của thép, và đóng vai trò chịu lực của thép. Thép càng nhiều C => màng Peclit càng dầy và thép càng cứng, càng kém 9 dẻo.
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 4. Các mác thép dùng trong xây dựng 4.1 Mác của thép cacbon thấp (có cường độ thường): Thép cường độ thường là thép cacbon thấp: Có hàm lượng C = 0,14 ÷ 0,22% có giới hạn chảy f y ≤ 2900 daN/cm2 ; Thép cacbon thấp được chia thành 3 nhóm: Nhóm A: Thép được đảm bảo về tính chất cơ học. Nhóm B: Thép được đảm bảo về thành phần hoá học. Nhóm C: Thép được đảm bảo về cả tính chất cơ học và thành phần hoá học. => được sử dụng trong xây dựng làm thép ch ịu lực. 10
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 4. Các mác thép dùng trong xây dựng 4.1 Mác của thép cacbon thấp (có cường độ thường): Ký hiệu mác thép cacbon thấp sử dụng trong xây dựng gồm 2 phần: phần chữ CCT đứng trước và phần Số đứng sau (theo TCVN 1765: 1976). Phần chữ chỉ loại thép các bon thấp loại C và phần số chỉ độ bền kéo đứt của thép với đơn vị là daN/mm2. Ví dụ: C CT 38   độ bền kéo đứt của thép fu = 38 daN/mm2 = 3800 daN/cm2; thép cacbon thấp. thép nhóm C. Các ký hiệu biểu thị về mức độ khử oxy: s : cho thép sôi CCT 38n 2   n : cho thép nửa tĩnh thép hạng 2 11 không ghi gì : cho thép tĩnh thép nửa tĩnh
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 4. Các mác thép dùng trong xây dựng (tiếp 2/3) 4.2 Mác của thép cường độ khá cao: Thép cường độ khá cao là thép hợp kim thấp hay thép cacbon thấp có nhiệt luyện: Có hàm lượng hợp kim < 2,5 % ; có giới hạn chảy fy = 3100 ~ 4000 daN/cm2 ; giới hạn bền fu = 4500 ~ 5400 daN/cm2. Ký hiệu mác thép gồm 2 phần: phần chữ và phần số. Phần Số đứng đầu tiên: chỉ hàm lượng C tính bằng phần vạn. Phần Chữ: chỉ ký hiệu hoá học của các nguyên tố có mặt, trừ Fe và C không ghi. Phần Số đứng sau chữ: chỉ hàm lượng % của các chất đứng trước đó. Nếu hàm lượng
§1.1 THÉP XÂY DỰNG 4. Các mác thép dùng trong xây dựng (tiếp 3/3) 4.3 Mác của thép cường độ cao: Thép cường độ cao là thép hợp kim có nhiệt luyện: có giới h ạn chảy fy trên 4400 daN/cm2 ; giới hạn bền fu trên 5900 daN/cm2. VD: 12Mn2SiMoV 13
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP Kết cấu thép được tính toán theo Phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH) 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: TTGH về khả năng chịu lực (TTGH 1): Là trạng thái (ngưỡng) nếu vượt qua nó thì kết cấu được coi như mất khả năng chịu lực, kết cấu không còn sử dụng được nữa (bị phá hoại, sụp đổ). TTGH 1 bao gồm trạng thái kết cấu bị phá hoại về bền, mất ổn định, mất cân bằng vị trí, biến đổi hình dạng. TTGH về biến dạng (TTGH 2): Là trạng thái (ngưỡng) nếu vượt qua nó thì kết cấu không thoả mãn được điều kiện sử dụng bình thường (kết cấu bị biến dạng quá lớn). TTGH 2 bao gồm trạng thái kết cấu bị võng, chuyển vị ngang, lún, rung, nứt. Mọi kết cấu đều phải thoả mãn cả TTGH 1 và TTGH 2. 14
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: a) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 1: S max ≤ [ S ] Smax là nội lực lớn nhất có thể có của cấu kiện kết cấu được xét trong suốt thời gian sử dụng công trình. [S] là giới hạn khả năng chịu lực của cấu kiện kết cấu được xét. 15
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP S max ≤ [ S ] 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: a) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 1: Biểu thức tổng quát để S = ∑ Pi ⋅ N i ⋅ γ Q ⋅ γ n ⋅ nc c xác định nội lực S: Pi c là tải trọng tiêu chuẩn thứ i; Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng lớn nhất có thể tác dụng lên công trình trong điều kiện sử dụng bình thường (được xác định bằng thống kê xác xuất và được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế của mỗi nước). N i là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn Pi c = 1 gây ra ; Pi c ⋅ N i là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn thứ i gây ra ; γ Q là hệ số độ tin cậy của tải trọng thứ i; xét đến khả năng tải trọng thực tế có thể biến đổi khác với tải trọng tiêu chuẩn một cách bất lợi,γ Q ≥ 1 được qui định trong Tiêu chuẩn thiết kế cho từng loại tải trọng. γn là hệ số an toàn về sử dụng; xét đến mức độ quan trọng của công trình ; do từng quốc gia, chủ đầu tư qui định, 16 Pi ⋅ N i ⋅ γ Q ⋅ γ n c là nội lực do tải trọng tính toán thứ i gây ra;
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP S max ≤ [ S ] 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: a) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 1: Biểu thức tổng quát để S = ∑ Pi ⋅ N i ⋅ γ Q ⋅ γ n ⋅ nc c xác định nội lực S: Nội lực S được xác định theo tải trọng tính toán. Tải trọng tính toán = tải trọng tiêu chuẩn x hệ số an toàn (γ Q ⋅ γ n ) nc là hệ số tổ hợp tải trọng, để xét đến xác xuất tác dụng đồng thời của nhiều tải trọng mang giá trị lớn nhất, nc ≤ 1 ; Giá trị của nội lực S phụ thuộc vào: - Tải trọng tác dụng: giá trị, qui luật, tần suất tác dụng của tải trọng; - Sơ đồ tính toán kết cấu: liên kết ở 2 đầu cấu kiện; - Đặc trưng hình học của tiết diện; 17 - Tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực: các tải trọng có thể tác dụng đồng
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP S max ≤ [ S ] 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: a) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 1: Biểu thức tổng quát để xác định khả năng chịu lực của kết [S] = A ⋅ f ⋅γ c cấu: A là đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện kết cấu: hoặc là diện tích A, mô men quán tính I, mô men kháng uốn W ... của tiết di ện; f là cường độ tính toán của vật liệu thép; γc là hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện ; xét đến các điều kiện làm việc khác nhau của cấu kiện; Khả năng chịu lực [S] của kết cấu phụ thuộc vào : - Đặc trưng hình học của tiết diện, - Đặc trưng cơ học của vật liệu; - Điều kiện làm việc của kết cấu. 18
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: b) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 2: ∆ max ≤ [ ∆] ∆ max là biến dạng lớn nhất của kết cấu dưới tác dụng của các tải trọng tiêu chuẩn; [ ∆] là giới hạn về biến dạng lớn nhất cho phép để kết cấu có th ể sử dụng được bình thường. Giá trị của [ ∆ ] được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế, phụ thuộc vào: - Tầm quan trọng của công trình: loại công trình, vị trí xây dựng công trình, từng quốc gia, chủ đầu tư, ... - Loại cấu kiện: cột, dầm sàn, dầm cầu chạy, xà gồ, ... - Vị trí của cấu kiện trong công trình: phòng họp, phòng ở, ... 19
§1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP 1. Các trạng thái giới hạn của kết cấu: b) Biểu thức kiểm tra theo TTGH 2: ∆ max ≤ [ ∆] Biểu thức tổng quát để xác định biến dạng : ∆ = ∑ Pi c ⋅ ∆ i ⋅ γ n ⋅ nc ∆ i là biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn Pi c = 1 gây ra ; Pi c ⋅ ∆ i là biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn thứ i gây ra. Giá trị của ∆ max phụ thuộc vào: - Tải trọng tác dụng: giá trị, qui luật, tần suất tác dụng của tải trọng; - Sơ đồ tính toán kết cấu: liên kết ở 2 đầu cấu kiện; - Đặc trưng hình học của tiết diện; - Tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực : các tải trọng có thể tác dụng 20 đồng thời.