intTypePromotion=1
ADSENSE

Tính toán liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012, AISC 2005, EN 1993-1-8

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

34
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đề cập đến tính toán Liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo các tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn Mỹ AISC 2005, tiêu chuẩn châu âu EN 1993-1-8.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tính toán liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012, AISC 2005, EN 1993-1-8

  1. Tính toán liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012, AISC 2005, EN 1993-1-8 Calculation of combined tension and shear bolts connection according TCVN 5575:2012, AISC 2005, EN 1993-1-8 Nguyễn Danh Hoàng Tóm tắt 1. Đặt vấn đề Liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng Liên kết bu lông cường độ cao (sau đây sẽ gọi tắt là bu lông) chịu kéo và cắt đồng thời được sử dụng rất phổ biến trong các liên kết cứng của kết cấu thép như liên kết thời được sử dụng rất phổ biến trong cột xà ngang, liên kết xà ngang xà ngang của nhà công nghiệp, liên kết cứng của cột các loại liên kết cứng kết cấu thép. Tuy và dầm trong nhà cao tầng bằng kết cấu thép. Tại hình 1 giới thiệu một số hình thức nhiên việc tính toán loại liên kết này vẫn liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời. Dưới tác dụng của mô men uốn và lực trục tồn tại một số điểm khác nhau theo các sẽ gây kéo trong thân bu lông, dưới tác dụng của lực cắt sẽ gây ra lực cắt ngang thân tiêu chuẩn. Bài báo đề cập đến tính toán bu lông. Bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu Liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng chuẩn thiết kế được kiểm tra chịu lực kéo và cắt riêng biệt. Tính toán bu lông chịu kéo thời theo các tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 và cắt đồng thời theo các tiêu chuẩn như tiêu chuẩn Mỹ AISC 2005, tiêu chuẩn châu Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế, tiêu âu EN 1993-1-8 quan niện tính toán có một số khác biệt so với tiêu chuẩn Việt Nam. chuẩn Mỹ AISC 2005, tiêu chuẩn châu âu Vì thế bài báo sẽ đề cập đến nội dung này nhằm mục đích cung cấp thêm thông tin về EN 1993-1-8. tính toán bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo các tiêu chuẩn khác nhau để người Từ khóa: kéo, cắt, kết hợp, độ bền đọc có cách nhìn tổng quan về tính toán bu lông trong trường hợp này. 2. Tính toán bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012 Kết cấu Abstract thép – Tiêu chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn Mỹ AISC 2005, tiêu chuẩn châu âu EN 1993-1-8 Combined tension and shear bolt connections is very popular, especially for momen 2.1. Tính toán bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo TCVN 5575:2012 Kết cấu thép connections in steel building. However the – Tiêu chuẩn thiết kế the calculation of this connection still has Lực trượt tính toán mà mỗi bu lông cường độ cao có thể chịu được tính toán theo a number of different points according to công thức: the standards. So this paper refers to the f hb γ b1 A bn µ calculation of combined tension and shear [ N ]b = nf bolt connection according TCVN 5575:2012, γ b2 (1) AISC 2005, EN 1993-1-8. Trong đó: Key words: tension, shear, combine, strength fhb là cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao, lấy theo [1] hoặc theo các chỉ dẫn cụ thể của nhà sản xuất; μ là hệ số ma sát, lấy theo Bảng 39 của [1]; γb2 là hệ số độ tin cậy, lấy theo Bảng 39 của [1]; Abn là diện tích tiết diện thực của bulông, lấy theo Bảng B.4, Phụ lục B của [1]; γb1 là hệ số điều kiện làm việc của liên kết, phụ thuộc số lượng bulông chịu lực na trong liên kết, giá trị của γb1 lấy như sau: γb1 = 0,8 nếu na
  2. KHOA H“C & C«NG NGHª Mh1 N Tu N bmax = ± K s =1 − m ∑ hi n 2 D u Tb N b (7) (3) trong đó: Theo ASD Ks lấy giá trị: hi khoảng cách từ dãy bu lông thứ i trong liên kết đến 1.5Ta tâm quay; K s =1 − D u Tb N b (8) h1 là khoảng cách giữa 2 dãy bu lông ngoài cùng; n là tổng số bu lông chịu lực; trong đó: m là số hàng bu lông. Nb là tổng số bu lông chịu kéo; * Khi chịu lực cắt (coi lực cắt phân đều vào các bu lông) Tu, Ta là lực kéo do tổ hợp tải trọng của LRFD và ASD. theo công thức: * Khi chịu cắt và kéo đồng thời độ bền kéo danh nghĩa của bu lông được tính bằng công thức sau: V Nvb = R n = Fnt' A b n (9) Kiểm tra khả năng chịu lực của bu lông liên kết (ở dãy trong đó: biên ngoài cùng là dãy nguy hiểm nhất): Ab là diện tích nguyên của thân bu lông; Khi chịu mô men và lực dọc: Fnt' là cường độ chịu kéo danh nghĩa khi xét thêm lực cắt N bmax ≤ [N]tb γ c được xác định theo công thức sau: (4) Tính theo LRFD: Khi chịu lực cắt: Fnt V Fnt' =1.3Fnt − f ≤F ≤ [N]b γ c φ Fnv v nt n (5) (10) Như vậy qua các công thức tính toán trên rút ra nhận xét Tính theo ASD: việc kiểm tra chịu kéo và cắt của bu lông là riêng rẽ và chưa Ω Fnt thấy có các hệ số xét đến ảnh hưởng của lực kéo đến khả Fnt' = 1.3Fnt − f v ≤ Fnt năng chịu trượt của liên kết bu lông cường độ cao. Fnv (11) 2.2. Tính toán bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo tiêu trong đó: chuẩn Mỹ AISC 2005 Fnv là cường độ cắt danh nghĩa của bu lông; * Độ bền danh nghĩa của một bu lông trong trạng thái giới hạn về trượt được xác định theo công thức sau: Fnt là cường độ kéo danh nghĩa của bu lông; fv là ứng suất cắt tác dụng lên thân bu lông. R n = µ D u h sc Tb N s (6) Các hệ số an toàn theo LRFD và ASD lấy trong trường trong đó: hợp tính toán này lần lượt là φ = 0.75 và Ω =2.0 μ là hệ số ma sát trung bình tùy theo loại mặt cắt tiếp xúc Sau khi xác định được độ bền thiết kế cho trường hợp bu giữa các bản thép, có 2 loại bề mặt tiếp xúc như sau: lông chịu kéo và cắt so sánh các giá trị đó với lực kéo và cắt μ =0.35 với bề mặt A; tác dụng lên một bu lông để kiểm tra khả năng chịu lực của μ =0.5 với bề mặt B. bu lông trong liên kết theo [2] như sau: Du=1.13 là hệ số thể hiện tỷ số lực xiết bu lông trung bình φ Rn ≥ Ru (12) so với lực xiết tối thiểu quy định; hsc là hệ số lỗ, hsc phụ thuộc vào các loại lỗ và được lấy Rn giá trị như sau: ≥ Ra Ω (13) hsc =1 với lỗ chuẩn; Lưu ý là khi ứng suất do tải trọng kéo hoặc cắt không lớn hsc =0.85 với lỗ lớn và lỗ rãnh ngắn; hơn quá 20% của ứng suất tính toán tương ứng thì AISC cho hsc =0.7 với lỗ rảnh dài; phép không tính và kéo và cắt kết hợp. Ns là số mặt cắt; Qua các công thức tính toán ở mục này rút ra nhận xứt Tb là lực xiết tối thiểu quy định lấy theo [2]. khi tính toán theo AISC 2005 khả năng chịu kéo và cắt đồng thời của bu lông được kiểm tra riêng biệt tuy nhiên tính toán Trong quy phạm Mỹ việc tính toán các hệ kết cấu, các độ bền danh nghĩa của một bu lông trong trạng thái giới hạn cấu kiện được thực hiện đồng thời theo 2 phương pháp đó là về trượt có xét thêm các hệ số kể đến ảnh hưởng của lực kéo phương pháp ứng suất cho phép (ASD) và phương pháp hệ làm giảm khả năng chịu trượt của bu lông và khi tính toán độ số tải trọng và sức kháng (LRFD) dưới đây sẽ trình bày công bền kéo danh nghĩa của bu lông dùng giá trị cường độ chịu thức tính toán song song hai phương pháp. kéo danh nghĩa để xét thêm ảnh hưởng của lực cắt khi làm Khi chịu kéo và cắt đồng thời lực kéo làm giảm ma sát việc đồng thời. giữa các bản thép nên độ bền danh nghĩa Rn phải giảm đi 2.3. Tính toán bu lông chịu kéo và cắt đồng thời theo tiêu bằng hệ số Ks. chuẩn châu âu EN 1993-1-8 Theo LRFD Ks lấy giá trị: Độ bền thiết kế của một bu lông cường độ cao về trượt 62 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
  3. a. Cột - Dầm b. Cột – Kèo khung thép tiền chế c. Cột - Dầm nghiêng d. Đỉnh cột khung thép tiền chế Hình 1. Liên kết bu lông chịu kéo và cắt đồng thời được xác định theo công thức sau: k2 được lấy 0.63 với bu lông đầu chìm còn trong các trường hợp khác lấy giá trị 0.9; ksn µ Fs,Rd = Fp,c (14) γM3 là hệ số an toàn riêng lấy theo [3]; γ M3 AS là diện tích chịu kéo của thân bu lông (diện tích thực); Trong đó: fub là giới hạn bền của vật liệu thép thân bu lông. ks được cho trong bảng 3.6 của [3]; Khi chịu kéo và cắt đồng thời khả năng chịu lực của bu n là số lượng mặt cắt ma sát; lông được kiểm tra theo công thức sau: μ là hệ số trượt được xác định bằng thí nghiệm cho các Fv,Ed Ft,Ed mặt cắt ma sát hoặc lấy theo bảng 3.7 của [3]; + ≤ 1.0 (17) Fs,Rd 1.4 Ft,Rd γM3 là hệ số an toàn riêng lấy theo [3]; Lực kéo trước trong thân bu lông được xác định theo Với Fv,Ed và Ft,Ed là lực cắt và kéo thiết kế tác dụng lên công thức: một bu lông. Tuy nhiên theo [3] liên kết chống trượt khi chịu tác dụng Fp,c = 0.7 A s f ub (15) đồng thời của lực kéo Ft,Ed và lực cắt Fv,Ed khả năng chịu trượt As là diện tích chịu kéo của thân bu lông (diện tích thực); của một bu lông được cho như sau: fub là giới hạn bền của vật liệu thép thân bu lông. ksn µ Khả năng chịu kéo của bu lông được tính bằng công thức = Fs,Rd (Fp,c - 0.8 Ft,Ed ) (18) sau: γ M3 k 2 A s f ub Như vậy khi tính theo EN 1993-1-8 kiểm tra khả năng Ft,Rd = (16) chịu kéo và cắt đồng thời của bu lông được gộp vào trong γ M2 một công thức và khi tính toán khả năng chịu trượt của bu trong đó: lông có xét thêm hệ số kể đến ảnh hưởng của lực kéo làm giảm khả năng chịu trượt của bu lông. S¬ 38 - 2020 63
  4. KHOA H“C & C«NG NGHª 3. Ví dụ tính toán Ví dụ 3. Ví dụ 1. Kiểm tra khả năng chịu lực của liên kết bu lông cường Kiểm tra khả năng chịu độ cao cấp bền 8.8 đường kính d=20mm, bề mặt ma sát loại lực của liên kết bu lông C. Chịu lực như ví dụ 1, tính toán theo tiêu chuẩn châu âu. cường độ cao có fub=1100 Độ bền thiết kế của một bu lông cường độ cao về trượt Mpa đường kính d=20mm, được xác định theo công thức sau: chịu lực cắt V=60kN, lực kéo ksn µ Nk=400 kN. Liên kết có 4 bu Fs,Rd = Fp,c lông bố trí như hình vẽ 2. γ M3 Khả năng chịu trượt của 1×1× 0.2 1 bu lông: Hình 2. = × 0.7 ×110 × 2.45 = 30.18 kN f hb γ b1 A bn µ 1.25 [ N ]b = nf Khi chịu kéo và cắt đồng thời xác định như sau: γ b2 110 × 0,8 × 2, 45 × 0, 25 ksn µ 0,7 = 1 22 kN = Fs,Rd (Fp,c - 0.8 Ft,Ed ) 1,7 γ M3 Khả năng chịu kéo của 1 bu lông: 1×1× 0.3 = (0.7 ×110 × 2.45 - 0.8= × 87.5) 28.5kN [ N ]tb = f tb A bn =40 × 2, 45 =98kN 1.25 Khả năng chịu kéo của bu lông được tính bằng công thức Lực kéo truyền lên mỗi bu lông: sau: N k 350 k 2 A s f ub 0.63 × 2.45 × 110 =Nt b = = 87.5kN < 98kN = Ft,Rd = = 135.83kN n 4 γ M2 1.25 Lực cắt truyền lên mỗi Bu Lông: Khi chịu kéo và cắt đồng thời khả năng chịu lực của bu N k 60 lông được kiểm tra theo công thức sau: =Nvb = = 15kN < 22 kN n 4 Fv,Ed Ft,Ed + ≤ 1.0 Ví dụ 2. Fs,Rd 1.4 Ft,Rd Kiểm tra khả năng chịu lực của liên kết bu lông cường độ cao mác thép A325 đường kính d=20mm, liên kết bề mặt loại 15 87.5 = + = 0.97 < 1 A, chịu lực như ví dụ 1. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ. 28.5 1.4 ×135.83 Độ bền danh nghĩa của một bu lông trong trạng thái giới 4. Kết luận hạn về trượt được xác định theo công thức sau: Bài báo đã trình bày cách tính toán liên kết bu lông chịu R n= µ D n h sc Tb N= s 0.35 × 1.13 × 1 × 142 ×= 1 56 kN kéo và cắt đồng thời theo các tiêu chuẩn TCVN 5575:2012, tiêu chuẩn Mỹ AISC 2005, tiêu chuẩn châu âu EN 1993-1-8. Hệ số giảm: Trong tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 kéo và cắt được kiểm Tu 350 tra riêng biệt, con đối với tiêu chuẩn Mỹ AISC 2005 và tiêu Ks = 1 − 1− = 0.455 = D u Tb N b 1.13 × 142 × 4 chuẩn châu âu EN 1993-1-8 có đề cập thêm các hệ số làm giảm khả năng chịu trượt khi có lực kéo./. Độ bền danh nghĩa sau khi giảm: 0.455 × 56 = 24 kN Khả năng chịu kéo danh nghĩa có kể đến ảnh hưởng của ứng suất cắt: T¿i lièu tham khÀo F 1. TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế Fnt' =1.3Fnt − nt f v ≤ Fnt 2. American Institute of Steel Construction (2005) φ Fnv 3. Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of 620 joints =1.3 × 620 − × 47.7 =710 M P a 4. Phạm Minh Hà - Đoàn Tuyết Ngọc, Thiết kế khung thép nhà 0.75 × 414 công nghiệp một tầng một nhịp, NXB Xây dựng, 2008. 5. Phạm Văn Hội - Nguyễn Quang Viên - Phạm Văn Tư - Lưu R n = Fnt' A b =62 × 3.14 =194 kN Văn Tường, Kết cấu thép phần Cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006. Tính theo LRFD ta được: 6. Nguyễn Quang Viên - Phạm Văn Tư - Hoàng Văn Quang, - Khả năng chịu kéo: Kết cấu thép nhà dân dụng và công nghiệp, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2013. φ R n = 0.75 × 194 = 145.5kN > 87.5kN 7. Đoàn Định Kiến – Nguyễn Song Hà, Thiết kế kết cấu thép theo quy phạm Hoa Kỳ AISC 2005, NXB Khoa học và kỹ - Khả năng chịu cắt: thuật, 2013. φ R n = 0.75 × 24 = 18kN > 15kN 64 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2