zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Thiết kế kết cấu thép 1: Chương 2 - ThS. Trần Tiến Đắc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Thiết kế kết cấu thép 1" Chương 2 - Vật liệu thép và phương pháp thiết kế, cung cấp cho sinh viên những kiến thức như: Quá trình sản xuất gang và thép; Vật liệu thép dùng trong xây dựng; Phương pháp tính kết cấu thép; Ứng xử của thép khi chịu kéo; Ứng xử của thép khi chịu nén; Ứng xử của thép khi chịu uốn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế kết cấu thép 1: Chương 2 - ThS. Trần Tiến Đắc

Thiết kế kết cấu thép Vật liệu thép và Chương 2 phương pháp thiết kế The Atomium, Brussels, Belgium (1958) H 102m 9xD18m 20Tubes D3m M 165x109 2400 T CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU THÉP & PPTK 1 Quá trình sản xuất gang và thép 2 Vật liệu thép dùng trong xây dựng 3 Phương pháp tính kết cấu thép 4 Ứng xử của thép khi chịu kéo 5 Ứng xử của thép khi chịu nén 6 Ứng xử của thép khi chịu uốn 7 Các hiện tượng phá hoại giòn 8 Quy cách thép thành phẩm 1
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP SẢN XUẤT GANG FeO Thực chất của quá trình 0 0 luyện gang là khử đi  C 1300 C Fe2O3  C 1140   Fe  C  CO2 oxy trong quặng. Dolomite CaMg(CO3)2 Fe3O4 Trình tự luyện thép Thép xây dựng 0,22 Thép 1,7 Gang Thép dùng trong xây Thép là kim loại đen Thực chất của quá trình C (%) dựng là loại thép cacbon có hàm lượng luyện thép là khử bớt thấp có hàm lượng cacbon < 1.7%. cacbon trong gang. cacbon  0.22%, với đặc tính mềm, dẻo, dễ hàn. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP 2
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP Lò quay Bessemer Lò điện hồ quang Thị phần lò luyện thép toàn cầu (theo bài viết The History of Steel của Terence Bell (phương pháp Thomas, (Electric arc furnace) University of British Columbia, Aug 2020) https://www.thoughtco.com/steel-history-2340172 Bessemer process) 1856 1860s 1900s 1960s Lò bằng – Lò cốc hở (Siemens-Martin Lò quay thổi khí oxy (Basic oxygen furnace, process, Open hearth furnace) Linz and Donawitz converter) QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP Sản xuất gang Sản xuất thép Đúc tiếp liệu Cán Sản phẩm chính Điều chỉnh tphh ở GĐ này Quặng viên Than cốc NM thép hình Quặng Quặng Đá vôi NM dây cán sắt thiêu kết NM thép tấm Gang lỏng Lò tinh luyện Lò luyện gang Thép phế liệu Lò điện hồ quang 3
CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU THÉP & PPTK 1 Quá trình sản xuất gang và thép 2 Vật liệu thép dùng trong xây dựng 3 Phương pháp tính kết cấu thép 4 Ứng xử của thép khi chịu kéo 5 Ứng xử của thép khi chịu nén 6 Ứng xử của thép khi chịu uốn 7 Các hiện tượng phá hoại giòn 8 Quy cách thép thành phẩm 4
VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG Sản Carbon • Cường độ xuất thép Air • Chất lượng VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG 1. Ferrite or pure iron is as shown in figure 7. 2. Steel containing less than 0.87% carbon, figure 8. 3. Steel containing 0.87% carbon (eutectoid steel), figure 9. 4. Steel containing more than 0.87% carbon, figure 10. 5
VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG THÀNH PHẦN HÓA HỌC Trong thép cacbon thấp, ngoài sắt nguyên chất và cacbon còn có các kim loại màu khác. Hàm lượng cacbon càng tăng thì cường độ thép cũng tăng theo, nhưng độ dãn dài sẽ giảm, thép trở nên cứng và khó hàn. Do đó trong xây dựng chỉ dùng thép có hàm lượng cacbon  0.22%. Những thành phần khác bao gồm: •Mn: khi hàm lượng tăng làm cường độ thép tăng theo, nhưng không làm giảm độ dãn dài của thép. Mn còn là chất khử oxy, liên kết với lưu huỳnh làm hạn chế tác hại của lưu huỳnh. •Si: khi hàm lượng tăng làm cường độ thép tăng theo, nhưng làm giảm tính hàn và khả năng chống rỉ của thép. •Cu: khi hàm lượng tăng làm cường độ thép tăng thêm chút ít, đặc biệt nâng cao khả năng chống rỉ của thép. •Al: làm thép chống rỉ tốt, hạn chế tác hại của Phospho, nâng cao tính dai, chống va chạm của thép. Để cải tiến chất lượng thép, có thể bổ sung Cr, Va, W, Md, Ti, Ni..Khi tổng số các kim loại khác  2.5% gọi là thép hợp kim thấp, ví dụ như thép có cường độ nâng cao và thép cường độ cao. Đặc điểm chung ngoài cường độ cao còn là chống ăn mòn tốt, dễ gia công chế tạo, nhưng giá thành cao. VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG THÀNH PHẦN HÓA HỌC Bảng hàm lượng khống chế của các thành phần khác trong thép như sau: Mn Si Cu N P S Trong thép cacbon thấp  0.64%  0.3% Trong thép hợp kim thấp  1.50%  1.1% Giới hạn làm thép dòn > 1.50% > 0.7% > 0.008% > 0.04% > 0.05% Một số chất gây hại cho thép gồm có: • N: làm thép dòn. • P: làm thép dòn ở nhiệt độ thấp (dòn nguội). • S: làm thép dòn ở nhiệt độ cao (dòn nóng) (800  1000C). O: tác dụng xấu như lưu huỳnh nhưng ở cấp độ mạnh hơn, nên phải tìm cách khử tối đa oxy trong thép. 6
VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG THÀNH PHẦN HÓA HỌC VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG CẤU TRÚC TINH THỂ Cấu trúc tinh thể của thép gồm hai tổ chức chính: Hạt Ferrite: là sắt nguyên chất, chiếm 99% thể tích, có tính mềm và dẻo. Màng Cementite: là sắt cacbua (iron carbide, Fe3C), rất cứng và dòn. Trong thép cacbon thấp, cementite hợp với ferrite tạo thành pearlite. Lớp mỏng màu thẫm này bao quanh các hạt ferrite mềm dẻo như một màng đàn hồi, quyết định sự làm việc dưới tải trọng và các tính chất dẻo của thép. Thép càng nhiều cacbon thì màng pearlite càng dày và thép càng cứng, kém dẻo. Việc bổ sung các hợp kim màu là để cải thiện chất lượng của màng pearlite, qua đó cải thiện tính chất của thép. 7
CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU THÉP & PPTK 1 Quá trình sản xuất gang và thép 2 Vật liệu thép dùng trong xây dựng 3 Phương pháp tính kết cấu thép 4 Ứng xử của thép khi chịu kéo 5 Ứng xử của thép khi chịu nén 6 Ứng xử của thép khi chịu uốn 7 Các hiện tượng phá hoại giòn 8 Quy cách thép thành phẩm 8
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP ỨNG SUẤT CHO PHÉP Khi tính các công trình xây dựng, đứng trước các điều kiện khách quan về địa chất, vật liệu, nhân công… Một mặt phải đáp ứng đầy đủ những yêu cầu sử dụng đã đặt ra, mặt khác phải tìm mọi cách để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu kinh tế như chi phí vật liệu, công chế tạo và dựng lắp, thời gian thi công… c      k0 Trước đây phương pháp ứng suất cho phép được áp dụng để tính công trình. Phương pháp này cho rằng ứng suất trong kết cấu hoặc công trình do tải trọng tiêu chuẩn gây ra phải luôn luôn nhỏ thua trị số ứng suất cho phép. Trị số giới hạn này là tỷ số giữa cường độ vật liệu và hệ số an toàn. Hệ số này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên việc lựa chọn không đủ căn cứ khoa học chính xác. Do đó phương pháp này ngày nay đã nhường bước cho phương pháp tính theo trạng thái giới hạn. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH I VỀ CƯỜNG ĐỘ Trạng thái giới hạn là trạng thái mà đến đó kết cấu hoặc công trình không thể sử dụng được nữa. Có 3 trạng thái giới hạn, về cường độ, biến dạng và hình thành mở rộng khe nứt. Trạng thái giới hạn thứ nhất cho rằng kết cấu hoặc công trình không thể sử dụng được nữa do những nguyên nhân về cường độ. Có thể là do ứng suất trong kết cấu hoặc công trình vượt quá cường độ của vật liệu, do mất ổn định tổng thể hay cục bộ, do mỏi…Vì vậy cần phải đảm bảo về độ bền, độ ổn định, độ mỏi cho kết cấu. N  Trong đó: N: nội lực tối đa (theo tính toán) có khả năng phát sinh trong kết cấu. : khả năng chịu lực tối thiểu của kết cấu.  phụ thuộc vào tính chất cơ học của vật liệu, đặc trưng hình học tiết diện, điều kiện làm việc, tính chất chịu lực của kết cấu ( kéo nén, uốn, ổn định, lệch tâm, mỏi..) 9
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH I VỀ CƯỜNG ĐỘ N là hàm số của ngoại lực tối đa:  là hàm số của khả năng chịu lực tối thiểu: n fy N   Pi tc nii    A, I    C i 1 M Với: (A,I): đặc trưng hình học của tiết diện Pitc: tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên kết (VD: diện tích, moment quán tính, moment cấu hoặc công trình. kháng uốn, moment tĩnh, bán kính quán ni: hệ số vượt tải, nói chung ni > 1. tính..). i : nội lực gây ra trong kết cấu hoặc fy: cường độ tiêu chuẩn của vật liệu. công trình khi Pitc bằng đơn vị. C: hệ số điều kiện làm việc của kết cấu hoặc công trình (m1). Do đưa vào 3 loại hệ số n, C, M dựa trên cơ sở phân tích sự làm việc cụ thể của kết cấu và công trình nên phương pháp trạng thái giới hạn có nhiều tiến bộ hơn phương pháp tính theo ứng suất cho phép, và ngày càng được áp dụng rộng rãi. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH I VỀ CƯỜNG ĐỘ fy    A, I    C n N  M N   Pi tc nii i 1 10
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH II VỀ BIẾN DẠNG Trạng thái giới hạn thứ hai cho rằng kết cấu hoặc công trình không thể sử dụng bình thường được nữa do những nguyên nhân về biến dạng. Sử dụng bình thường là sử dụng theo đúng yêu cầu thiết kế, không làm giảm tuổi thọ công trình,.. Vì vậy cần phải đảm bảo cho công trình không có chuyển vị và biến dạng lớn.   gh Trong đó: : biến dạng thực của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. gh: biến dạng giới hạn, tham khảo theo qui phạm. Khi tính với trạng thái giới hạn thứ hai, ta sử dụng tải trọng tiêu chuẩn nghĩa là xét điều kiện tải trọng bình thường, không phải trường hợp tải nguy hiểm nhất.. Đó là vì hệ số độ tin cậy của tải trọng nhằm kể đến sự biến thiên tải trọng theo hướng nguy hiểm cho kết cấu, tác động trong thời gian ngắn; còn việc khống chế biến dạng của kết cấu hoặc công trình là xét trong thời gian dài, có thể là suốt quá trình làm việc, khi đó tác động của sự biến thiên tải trọng trong thời gian ngắn là không đáng kể. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH II VỀ BIẾN DẠNG Một tiêu chí biến dạng đặc biệt, là về sự hình thành và mở rộng khe nứt, không xét đến trong kết cấu thép. Thép là vật liệu đàn hồi - dẻo nên không thể bị nứt do chịu tải, chỉ bị nứt do quá trình gia công, chế tạo. Mặt khác khi đã hình thành vết nứt thì thép không thể sử dụng được nữa. Do vậy kết cấu thép không cho phép hình thành vết nứt. Tiêu chí này chỉ áp dụng để thiết kế kết cấu bê tông, BTCT và kết cấu gạch đá. Trong mọi trường hợp, kết cấu thép phải thỏa mãn trạng thái giới hạn thứ nhất. Ngoài ra có thể bỏ qua đối với trạng thái giới hạn thứ hai, nếu những nguyên nhân về biến dạng không gây trở ngại cho việc sử dụng bình thường của kết cấu và công trình. 11
PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN – TTGH II VỀ BIẾN DẠNG Trạng thái giới hạn thứ hai cho rằng kết cấu hoặc công trình không thể sử dụng bình thường được nữa do những nguyên nhân về biến dạng. Sử dụng bình thường là sử dụng theo đúng yêu cầu thiết kế, không làm giảm tuổi thọ công trình,.. Vì vậy cần phải đảm bảo cho công trình không có chuyển vị và biến dạng lớn.   gh Trong đó: : biến dạng thực của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. gh: biến dạng giới hạn, tham khảo theo qui phạm. Khi tính với trạng thái giới hạn thứ hai, ta sử dụng tải trọng tiêu chuẩn nghĩa là xét điều kiện tải trọng bình thường, không phải trường hợp tải nguy hiểm nhất.. Đó là vì hệ số độ tin cậy của tải trọng nhằm kể đến sự biến thiên tải trọng theo hướng nguy hiểm cho kết cấu, tác động trong thời gian ngắn; còn việc khống chế biến dạng của kết cấu hoặc công trình là xét trong thời gian dài, có thể là suốt quá trình làm việc, khi đó tác động của sự biến thiên tải trọng trong thời gian ngắn là không đáng kể. 12
CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU THÉP & PPTK 1 Quá trình sản xuất gang và thép 2 Vật liệu thép dùng trong xây dựng 3 Phương pháp tính kết cấu thép 4 Ứng xử của thép khi chịu kéo 5 Ứng xử của thép khi chịu nén 6 Ứng xử của thép khi chịu uốn 7 Các hiện tượng phá hoại giòn 8 Quy cách thép thành phẩm ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO 7 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA THÉP Tính giòn / dòn Độ Độ dai mài Cường mòn độ Tính Tính đàn dẻo hồi Độ dãn dài 13
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO VÍ DỤ CÁC TRƯỜNG HỢP THÉP CHỊU KÉO ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO THÍ NGHIỆM KÉO THÉP l L  100% lo N  A 14
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO THÍ NGHIỆM KÉO THÉP Lực kéo F tác dụng vào mẫu (tiết diện thực A, dài lo, dãn dài khi kéo đứt l=l1-lo ). Xác định được ứng suất, biến dạng và môđun đàn hồi: N  l   100% E A lo  Công thức xác định môđun đàn hồi trên đây chỉ áp dụng trong giai đoạn đàn hồi. 5575:1995 ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA THÉP 5575:2012 fv 15
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO 4 GIAI ĐOẠN ỨNG XỬ CỦA THÉP F A L L  L F ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO ỨNG SUẤT KỸ THUẬT VÀ ỨNG SUẤT THẬT 16
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO NHẬN XÉT VỀ ỨNG XỨ CỦA THÉP • Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của thép Ct3 có 2 giai đoạn: đàn hồi và dẻo lý tưởng. Trong giai đoạn đàn hồi không hề có tính dẻo và trong giai đoạn dẻo không hề có tính đàn hồi. Giai đoạn tự gia cường nằm trong giai đoạn dẻo. • Thép là vật liệu bền chắc, đáng tin cậy vì sự phá hoại xảy ra sau khi có dấu hiệu là biến dạng rất lớn. • Cường độ ở giai đoạn tự gia cường có tăng thêm nhưng do biến dạng trong giai đoạn này lớn nên không dùng được, do đó không kể đến giá trị tăng thêm này. Vì vậy qui phạm qui định chỉ lấy giới hạn chảy dẻo làm giới hạn cường độ của thép. Đối với thép Ct3, nghĩa là chỉ dùng đến 2/3 khả năng chịu lực và khả năng biến dạng chỉ 1%. • Đối với thép hàm lượng cacbon cao, trên biểu đồ không có giai đoạn chảy. Để tiện xác định cường độ tính toán, qui ước lấy tương ứng với độ dãn dài =0.2%. ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO GIẢI THÍCH VỀ ỨNG XỨ CỦA THÉP Trong giai đoạn đàn hồi, khi tác dụng lực, nội lực thông qua màng cementite lan truyền giữa các tinh thể và tích lại trong các hạt ferrit. Khi thôi tác dụng, do quan hệ tương hỗ giữa cementite và ferrite, năng lượng trong các hạt ferite giúp phục hồi mẫu thép trở lại hình dạng ban đầu. Cementite + Ferrit cùng chịu lực. Khi lực kéo tiếp tục tăng, sẽ đến lúc màng cementite bị vỡ cục bộ, quan hệ tương hỗ mất Nếu tiếp tục tăng lực kéo, cấu trúc đi, chủ yếu chỉ còn hạt ferrite chịu lực, chúng cementite bị phá vỡ hoàn toàn, tiết dãn dài tự do hơn, ứng suất không tăng. Thép đi diện mẫu thép bị thắt lại và đứt. vào giai đoạn chảy dẻo. Chỉ có Ferrit chịu lực. Đối với thép hàm lượng cacbon Khi lực kéo tăng hơn nữa, hạt ferrite mất khả cao, màng cementite dày, năng năng chịu lực, đến lượt cấu trúc cementite là lượng tích lũy vào hạt ferrite không thành phần chịu lực chủ yếu, ứng suất lại tiếp đủ phá vỡ màng cementide, nên tục tăng. Nhưng lúc này nếu thôi tác dụng lực, không có giai đoạn chảy. thép cũng không thể khôi phục lại hình dáng ban đầu. Đây là giai đoạn tự gia cường. Chỉ còn Cementite chịu lực. 17
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO CÔNG THỨC CHỦ ĐẠO CỦA CẤU KIỆN CHỊU KÉO Trạng thái giới hạn 1 CƯỜNG ĐỘ Tiêu chí về N tt   f c ĐỘ BỀN An Trạng thái giới hạn 2 BIẾN DẠNG N tc L  L  Tiêu chí về ĐỘ DÃN DÀI L  EA ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CỦA THÉP 18
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO TRA BẢNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CỦA THÉP b  fu c  fy tl  f fv =0.58f ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO TRA BẢNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CỦA THÉP 19
ỨNG XỬ CỦA THÉP KHI CHỊU KÉO TRA BẢNG XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ KHÁC CỦA THÉP 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2437 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.