ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NINH (Chủ biên) LÊ TRỌNG HÙNG - VŨ TRUNG THƯỞNG GIÁO TRÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN Nghề: Hàn Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, sách đổi mở cửa, chủ động hội nhập kinh tế Đảng Nhà nước mang lại thành tựu to lớn phát triển kinh tế - xã hội Nước ta, làm thay đổi hình ảnh Việt Nam Trường quốc tế Tồn cầu hố kinh tế xu hướng khách quan tạo nhiều hội phát triển cho quốc gia, cho ngành cơng nghiệp, có ngành Cơng nghệ khí chế tạo nói chung ngành Cơng nghệ hàn nói riêng Xuất phát từ nhu cầu đó, Trường Cao đẳng nghề Việt Nam – Hàn Quốc – TP Hà Nội luôn đầu việc đổi nội dung, phương pháp dạy học, tổ chức biên soạn giáo trình, thiết kế mơ hình đồ dùng dạy học, đầu tư thiết bị, công nghệ nhằm trang bị cho người học kiến thức, kỹ ứng dụng vào sống Cuốn giáo trình kết cấu hàn biên soạn dựa luận khoa học, kinh nghiệm thực tiễn nhà khoa học chuyên ngành hàn cung cấp nằm chương trình đào tạo nhà trường chương trình khung Bộ lao động Thương binh Xã hội ban hành Nội dung giáo trình tài liệu hữu ích cán quản lý, thiết kế sản xuất; đặc biệt sử dụng cho giáo viên, học sinh - sinh viên Nhà trường lĩnh vực Công nghệ hàn Tuy nhiên sách tránh khỏi hạn chế, chúng tơi đóng góp ý kiến đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng 09 năm 2019 Chủ biên MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Bài 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn 1.1 Thép định hình 1.2 Thép 11 1.3 Các loại vật liệu thường dùng chế tạo kết cấu hàn 12 Bài 2: Tính tốn độ bền mối hàn 21 2.1 Tính toán kết cấu theo ứng suất cho phép 22 2.2 Tính tốn kết cấu theo phương pháp trạng thái tới hạn 23 2.3 Tính độ bền kéo, nén mối hàn giáp mối 24 2.4 Tính độ bền kéo (nén) mối hàn góc 27 2.5 Tính độ bền uốn mối hàn 28 2.6 Các ví dụ tính tốn 30 Bài 3: Tính ứng suất biến dạng hàn 33 3.1 Các khái niệm ứng suất biến dạng hàn 33 3.2 Tính ứng suất biến dạng hàn giáp mối 34 3.3 Tính ứng suất biến dạng hàn góc 39 3.4 Các biện pháp giảm ứng suất biến dạng hàn 42 Bài 4: Tính tốn kết cấu dầm trụ 44 4.1 Kết cấu dầm 44 4.2 Kết cấu trụ 62 Bài 5: Tính tốn kết cấu dàn 80 5.1 Khái niệm, đặc điểm phân loại dàn 80 5.2 Tính tốn dàn 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Tính tốn kết cấu hàn Mã số mô đun: MĐ 21 Thời gian thực mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 42 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun tính tốn kết cấu hànđược bố trí sau học sinh học xong tất môn học: MH07 - MH13 học song song với mô đun MĐ14 – MĐ 20 - Tính chất: Là mơ đun chun ngành bắt buộc II Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Nhận biết xác loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn + Giải thích rõ cơng dụng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn Tính tốn vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn gia công kết cấu hàn + Trình bày đầy đủ bước tính ứng suất biến dạng hàn - Kỹ năng: + Tính tốn nghiệm bền cho mối hàn đơn giản như: Mối hàn giáp mối, mối hàn góc, mối hàn hỗn hợp phù hợp với tải trọng kết cấu hàn + Vận dụng linh hoạt kiến thức tình tốn kết cấu hàn vào thực tế sản xuất - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Tuân thủ quy định, quy phạm tính tốn + Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, xác, trung thực sinh viên III Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Số TT Thời gian (giờ) Tên mô đun Tổng số Lý thuyết Thực hành/thực tập/thí nghiệm/bài tập/thảo luận Vật liệu chế tạo kết cấu hàn 2 Tính độ bền mối hàn 15 10 Tính ứng suất biến dạng hàn 15 12 Tính tốn kết cấu dầm trụ 15 12 Tính toán kết cấu dàn 6 Kiểm tra kết thúc Mô đun Cộng 60 Kiểm tra 1 15 42 Bài 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn Mục tiêu: Sau học xong này, người học có khả năng: - Nhận biết loại thép định hình U, I, V , thép tấm, loại vật liệu khác nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo kết cấu hàn - Giải thích cơng dụng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao - Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng - Tuân thủ quy định, quy phạm phân loại vật liệu - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, xác cơng việc Nội dung 1.1 Thép định hình 1.1.1 Thép bon a Phân loại - Thép gang hợp kim đen sắt (Fe), cacbon (C) lượng nhỏ chất oxy (O), phốtpho (P), silic (Si) - Quá trình luyện thép sau: Quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4) luyện lò cao, gang (được hợp kim sắt cacbon với hàm lượng cacbon lớn 1,7%), đưa gang vào luyện lò luyện thép để khử bớt cacbon ta thép b Phân loại theo thành phần hoá học thép Thép cacbon: Hàm lượng cacbon 1,7% khơng có thành phần hợp kim khác Tuỳ theo hàm lượng cacbon chia ra: - Thép cacbon thấp: Lượng cacbon 0,22% Đây loại thép mềm, dẻo, dễ gia công, sử dụng ngành xây dựng - Thép cacbon vừa: Lượng cacbon từ 0,22% đến 0,6% - Thép cacbon cao: Lượng cacbon từ 0,6% đến 1,7% - Thép cacbon vừa cao sử dụng ngành công nghiệp khác - Thép hợp kim: Thêm thành phần kim loại khác Crôm (Cr), kền (Ni), mănggan (Mn) có tác dụng nâng cao chất lượng thép (tăng độ bền, tăng tính chống gỉ ) Tuỳ theo hàm lượng kim loại khác chia ra: - Thép hợp kim thấp: Lượng kim loại thêm vào 2,5% Được sử dụng ngành kết cấu xây dựng - Thép hợp kim vừa cao: Lượng kim loại thêm vào 2,5% c Theo phương pháp luyện thép - Luyện lò (Lò Martin): Thép luyện phương pháp có chất lượng tốt có cấu trúc nhất, nhược điểm phương pháp suất thấp (thời gian luyện mẻ từ đến 12 giờ), giá thành thép cao - Luyện lò quay (lò Bessmer, lò Thomas): Phương pháp có suất cao, chất lượng khơng tốt lẫn tạp chất, bọt khí (thời gian luyện mẻ khoảng 30 phút) nên giá thành thép giảm Để khắc phục nhược điểm phương pháp trên, người ta sử dụng lò quay tiên tiến, vừa cho thép chất lượng tốt, vừa cho suất cao d Theo phương pháp để lắng thép - Thép sơi: Chất lượng thép khơng tốt có nhiều bọt khí làm thép dễ bị phá hoại giịn, lão hoá - Thép tĩnh: Chất lượng thép tốt có thêm chất khử oxy (như silic, mănggan, nhôm) giá thành thép cao - Thép nửa tĩnh: loại thép trung gian thép tĩnh thép sơi 1.1.2 Cấu trúc thành phần hố học thép a Cấu trúc - Thép xây dựng có cấu trúc tinh thể, hợp chất sau tạo thành: - Ferit (Chiếm 99% thể tích): Là sắt nguyên chất, mềm dẻo - Xementit: Là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), cứng giòn - Peclit: Là hợp chất Ferit Xementit - Màng Peclit nằm hạt ferit định làm việc, tính dẻo thép Thép nhiều cacbon màng pelit dày thép cứng b Thành phần hoá học thép - Thép cacbon: Ngoài sắt cacbon, thép xây dựng cịn có thêm thành phần: Mănggan (Mn): Mănggan có tác dụng tăng cường độ độ dai thép Thông thường lượng mănggan chiếm 0,4 – 0,65%, nên khơng lớn q 1,5% thép trở nên giịn - Silic (Si): Silic có tác dụng tăng cường độ thép có nhược điểm làm giảm khả chống ăn mịn tính dễ hàn thép Vì vậy, nên khống chế lượng silic khoảng 0,12 – 0,3% - Lưu huỳnh (S): Chất làm cho thép giịn nóng nên nhiệt độ cao thép chịu tải trọng kém, đồng thời dễ bị nứt hàn - Phốtpho (P): Phốtpho làm cho thép giòn, làm giảm tính dẻo thép - Lưu huỳnh phốtpho hai tạp chất có hại, phải đảm bảo hàm lượng chúng theo quy định: không 0,07% kết cấu thông thường, không 0,05% kết cấu quan trọng - Ngoài cịn có chất khí nitơ (N), oxy (O) khơng khí hồ vào kim loại lỏng làm thép giịn, giảm cường độ thép, cần khử hết chất c Ký hiệu * Thép cacbon thấp, cường độ thường - Thép cacbon thấp chia làm loại: CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5 Thép CT3 loại thép mềm, có cường độ cao, có độ dẻo độ dai, nên hợp lý dùng làm thép xây dựng Thép CT1, CT2 loại thép mềm, độ dẻo lớn nên xây dựng dùng làm thân đinh tán, bulông Thép CT4, CT5 cứng, nên dùng chủ yếu công nghiệp đóng tàu, dùng xây dựng - Thép cacbon thấp có giới hạn chảy: 2200 – 2500 daN/cm2, giới hạn bền: 3700 – 4200 daN/cm2 * Thép cường độ cao - Thép cường độ cao thép hợp kim thấp, ký hiệu: 09∋2C, 10∋2C1, 15XCH) - Ý nghĩa ký hiệu: Đầu tiên số phần vạn hàm lượng cacbon, tên thành phần hợp kim: ∋ mănggan, C silic, X crôm, H niken - Thép cường độ cao có giới hạn chảy: 2900 – 3900 daN/cm2, giới hạn bền: 4300 – 5400 daN/cm2 * Thép cường độ cao Thép cường độ cao loại thép hợp kim có nhiệt luyện, giới hạn chảy 4400 daN/cm2, giới hạn bền 5900 daN/cm2 1.1.3 Thép hình a Khái niệm Thép hình loại thép công nghiệp sử dụng chủ yếu thị trường xây dựng cơng trình Được sản xuất dây chuyền công nghệ đại theo tiêu chuẩn chất lượng JIS3101 – Ss400 qua nhiều công đoạn xử lý như: Xử lý quặng, tạo quặng, tạo dịng thép nóng chảy, đúc trực tiếp nguyên liệu, cán tạo thành phẩm Chính vậy, chất lượng sản phẩm thép hình ln đảm bảo điều kiện thiết kế thời gian sử dụng Thêm vào đó, điểm đặc biệt sản phẩm so với sản phẩm thép khác, sản phẩm thép hình có khả chịu lực tốt nhờ bề mặt rộng kết cấu vững b Phân loại - Thép chữ L (thép góc): Đây loại thép hình sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu hàn, thép chữ L thường dùng để chế tạo loại khung, dàn, liên kết khác kết cấu Từ thép góc ta chế tạo loại hình khác cách ghép thép góc lại với nhau, ví dụ ghép hai thép góc lại ta có kết cấu chữ C, chữ T, ghép góc ta có kết vấu chữ , loại thép hình có phạm vi sử dụng lớn thực tế Thép hình chữ L có loại L cánh L cánh lệch Hình 1.1: Thép chữ L + Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại qui định TCVN 1656-75 Loại nhỏ có kích thước L20  3, nghĩa cạnh có kích thước 20mm, chiều dày có kích thước 3mm Loại lớn có kích thước L250  20 Đây loại thép sử dụng nhiều để chế tạo kết cấu nhiều tính cơng nghệ cao, q trình gia cơng người thợ khơng cần ý đến cạnh thép (do cạnh nhau, dặc tính ưu việt loại thép góc + Thép chữ L cạnh khơng đều: Gồm có 47 loại qui định tiêu chuẩn TCVN 1657-75 Loại nhỏ L25163, có nghĩa cạnh thứ 25mm, cạnh thứ hai 16mm, chiều dày 3mm Loại lớn có kích thước 250  160  20 Đây loại thép góc mà phạm vi ứng dụng khơng lớn, tính cơng nghệ thép khơng cao q trình gia cơng người thợ cần phải ý đến cạnh thép (do cạnh không nhau) ảnh hưởng đến suất lao động Vì thiết kế kết cấu cần ý đến đặc điểm để lựa chọn thép góc cho hợp lý - Thép chữ : Đây loại thép sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu chịu uốn, nén Theo TCVN 1655-75 thép chữ  có 23 loại, chiều cao loại nhỏ 100mm, loại lớn 600mm Ngoài cịn có thêm số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" phía Thép chữ  loại thép khó liên kết với để tạo loại Hình 1.2: Thép chữ I - Thép chữ U: Theo TCVN 1654-75 thép chữ C có 22 loại, chiều cao loại nhỏ 50, loại lớn 400mm (đây chiều cao tiết diện), ví dụ U22 loại có chiều cao h= 220mm Chiều dài thép chữ U từ 13m Ngồi cịn có số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép U22 a + Thép hình chữ U có đặc tính cứng vững, chắn bền bỉ có cường độ chịu lực cao chịu rung động mạnh Thép hình chữ U tồn điều kiện mơi trường khắc nghiệt với tác động hóa chất nhiệt độ Vì lẽ đó, thép hình chữ U ứng dụng phổ biến cơng trình xây dựng, sản xuất thiết bị máy móc sử dụng lĩnh vực công nghiệp dân dụng + Thép hình chữ U có nhiều loại với kích thước khối lượng khác nhau, loại có đặc tính kỹ thuật riêng biệt sử dụng chuyên biệt cho công  ': ứng suất kéo cho phép mối hàn Dạng q trình cơng nghệ Ứng suất cho phép mối hàn kN/cm2 Kéo []k’ Nén []n’ Cắt []’ Nhóm []k []k 0,65[]k Nhóm 0,9[]k []k 0,6[]k Nhóm 1: Gồm mối hàn thực hàn tự động, bán tự động hay hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng cao N42A N50A Nhóm 2: Gồm mối hàn thực hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng thường * Tính liên kết cánh vào nút: (Thanh cánh liên tục qua nút) Nt = N = N1 – N2 - Lực tính tốn:  0,10N1 Với: N1 , N2: nội lực cánh bên nút - Trường hợp có lực tập trung P nút (thường nút cánh trên): N t  (N  P.sin  )  ( P cos ) Trong đó:  góc cánh trục ox c Tính nút nối cánh * Nối thép góc tương đương Được dùng cánh nối có bề dày Vị trí nối tâm nút hay cạnh nút dàn - Điều kiện thép nối: Ft.nối ≥ Ft.cơ - Liên kết thép góc nối với thép bản: tính theo nội lực cánh Hình Nối thép góc tương đương Các bước tính tốn + Xác định diện tích tiết diện thép góc dùng để nối 94 Vì cánh có chiều dầy nên dùng nối thép góc có số hiệu loại với thép góc làm cánh Để tiện cho việc liên kết cần cát bớt cánh đứng thép góc nối đoạn  = 2.Sg gọt xiên sống thép góc cạnh 1,2.Sg Vậy diện tích tiết diện cịn lại thép góc nối là: Fn = Fg - .Sg – 0,5 (1,2.Sg)2 + Diện tích quy ước dùng để tính mối nối gồm có diện tích thép góc phần nút có bề cao bề rộng cánh đứng thép góc làm cánh: Fqư = Fn + Sm bg + Ứng suất mối nối:  N2  k Fqu (N2 nội lực lớn cánh) + Liên kết thép góc nối với cánh tính theo lực: Nn =  Fn + Liên kết thép góc nối với cánh đường hàn có hh với chiều dài yêu cầu đường là: lh  Nn 2 .h h  ,  + Liên kết cánh nút tính theo lực: Nc =  Sm bg + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía sống là: l hs  Nc bg  z0 h h ,  bg 1 + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía mép là: l hs  Nc h h  ,  z0 1 bg (Các chiều dài đường hàn xác định theo tính tốn lhs lhm nhỏ nhiều so với cấu tạo) * Nối thép Cách nối có tính vạn năng, sử dụng cánh nối có bề dày khác 95 Sự làm việc: Một phần lực cánh truyền qua ghép, phần lại nút chịu Khi cánh có chiều dầy khác nên dùng nối nối Điểm nối nên bố trí cách điểm hội tụ khoảng 300500mm phía cánh có lực nhỏ - Diện tích yêu cầu nối (Fn) tính theo Nn N n  1,2.N1 bg  Z tb bg Trong đó: Z tb  Hình 10 Nối thép Z 01  Z 02 1,2: hệ số an toàn bg: bề rộng cánh nhỏ N1: nội lực cánh nhỏ Fn  Nn k Thép CT3: k = 21 kN/cm2 - Bề rộng nối (bn) lấy theo bề rộng cánh ngang théo góc lớn trừ khoảng cách trống với nút (40mm) cộng thêm bề rộng phủ (20mm) bn = bcánh lớn – 40 +20 (mm) - Từ xác định bề dày nối: Sn  Fn bn Chú ý: Cần kiểm tra lại điều kiện để diện tích nối khơng nhỏ diện tích tiết diện cánh nối: Fn = bn Sn > Fg Ngoài nối, nút tham gia nhiệm vụ nối với chiều cao quy ước hai lần bề rộng cánh đứng thép góc cánh lớn Fm = Sm b g 96 Vậy ứng suất phần nút tham gia nối:  1,2 N1  N n phải thỏa mãn điều kiện  k = 21kN/cm2 (CT3) Fm Chiều dài tính tốn đường hàn để liên kết nối với thép góc là: l h  Nn 0,7.h h ,  Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N1 – Nn 0,5 1,2N1 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs  b g  z tb N max1 1 bg , h h   Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm  N max1 z tb  b h h  ,  g Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N2 – Nn Và 0,5 1,2N2 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs  b g  z tb N max 1 bg , h h   Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm  z N max tb  b h h  ,  g Ví dụ 1: Tính nối cánh nút hình vẽ Thanh cánh có nội lực tính tốn 594KN 596KN, làm thép góc khơng cạnh L140 x 90 x có F=18cm2 Bản nút có chiều dày 14mm 97 40 2L 10x8 2L x6 80 2L 0x 11 50 2L 140x90x8 N2 N1 Z0 ls 15 25 lh Giải: + Xác định diện tích tiết diện thép góc dùng để nối Vì cánh có chiều dầy nên dùng nối thép góc có số hiệu loại với thép góc làm cánh Để tiện cho việc liên kết cần cắt bớt cánh đứng thép góc nối đoạn  = 2×Sg = 2×0,8 ≈ 1,6mm gọt xiên sống thép góc cạnh 1,2.Sg = 1,2×0,8≈1,0mm Vậy diện tích tiết diện cịn lại thép góc nối là: Fn = Fg - .Sg – 0,5 (1,2.Sg)2 = 18 – 1,5 0,8 – 0,5 12 = 16,3 cm2 + Diện tích quy ước dùng để tính mối nối gồm có diện tích thép góc phần nút có bề cao bề rộng cánh đứng thép góc làm cánh: Fqư = Fn + Sm bg = 16,3 + 1,4 = 28,9 cm2 + Ứng suất mối nối:  N 596 = 20,6 KN/cm2  [] = 21 KN/cm2  Fqu 28,9 (N2 nội lực lớn cánh) + Liên kết thép góc nối với cánh tính theo lực: Nn =  Fn = 20,6 16,3 = 336 KN + Liên kết thép góc nối với cánh đường hàn có hh = 6mm với chiều dài yêu cầu đường là: l hn  Nn 336 = = 13cm 4.0,7.0,6.15 , h h   + Liên kết cánh nút tính theo lực: 98 Nc = ×Sm×bg = 20,6×1,4×9 = 260 KN + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía sống là: l hs  bg  z0 Nc 260 92  = 17cm 1 = 0,7.0,6.15 bg , .h h   + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía mép là: l hs  z Nc 260 1 =  = cm b 0,7.0,6.15 h h  ,  g 2 Ví dụ 2: Tính nối cánh nút Nút nối hai cánh V 125x8 có N1=-548KN, cánh V 160x10 có N2=-751KN Các thép góc có khoảng cách từ trọng tâm đến sống Z01=3,36cm Z02=4,3cm Các tiết diện thép góc F 1=19,7cm2 F2=31,4cm2, nút có chiều dày Sm=14mm Giải Vì cánh có chiều dầy khác nên dùng nối nối Điểm nối nên bố trí cách điểm hội tụ khoảng 300500mm phía cánh có lực nhỏ - Khoảng cách trung bình từ trọng tâm đến sống là: Z tb  Z 01  Z 02 = 3,36  4,3 = 4cm L 160x10 160 14 40 160 40 125 14 125 L 125x8 50 500 Z02 Z01 N1 N2 40 99 - Diện tích yêu cầu nối (Fn) tính theo Nn N n  1,2.N1 Fn  b g  Z tb bg = 1,2.548.12,5  = 447 KN 12,5 Nn 447 = = 22cm2 (Thép CT3: [] = 21 kN/cm2)  21 - Bề rộng nối (bn) lấy theo bề rộng cánh ngang théo góc lớn trừ khoảng cách trống với nút (40mm) cộng thêm bề rộng phủ (20mm) bn = bcánh lớn – 40 + 20 = 160 – 40 + 20 = 140mm = 14cm - Bề dày nối: Sn  Fn 22 = = 1,6cm = 16mm 14 bn Chú ý: Cần kiểm tra lại điều kiện để diện tích nối khơng nhỏ diện tích tiết diện cánh nối: Fn = bn Sn > Fg 14 1,6 = 22,4 > 19,7 Ngoài nối, nút tham gia nhiệm vụ nối với chiều cao quy ước hai lần bề rộng cánh đứng thép góc cánh lớn Fm = Sm b g = 14 12,5 = 35cm2 Vậy ứng suất phần nút tham gia nối:  1,2 N1  N n 1,2.548  447 = = kN/cm2 35 Fm thỏa mãn điều kiện  [] = 21kN/cm2 Chiều dài tính tốn đường hàn để liên kết nối với thép góc là: l h  Nn 447 = = 71 cm , 0,7.h h   0,7.0,6.15 Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N1 – Nn = 1,2 548 – 447 = 211 KN Và 0,5 1,2N1 = 0,5 1,2 548 = 329 KN 100 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs  b g  z tb N max1 1,2.329 12,5   = 22 cm 1 = 12 , , , 15 b g .h h ,  Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm  z N max1 1,2.329 tb  =  = 10 cm bg 0,7.0,6.15 12,5 , h h   2 Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N2 – Nn = 1,2 751 – 447 = 454 KN Và 0,5 1,2N2 = 0,5 1,2 751 = 451 KN Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs  b g  z tb N max 1,2.454 16   = 32 cm 1 = 0,7.0,6.15 16 bg , .h h   Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm  N max z 1,2.454 tb  =  = 14 cm b 0,7.0,6.15 16 2 .h h  ,  g Ví dụ: Kết cấu chịu tải trọng hình vẽ Hãy tính tốn thiết kế dàn làm việc bảo đảm an toàn Biết d=2,5 m; l=10 m; vật liệu có []=28KN/cm2 P3=40 KN P2=30 P2=30 KN KN P1=20 P1=20 KN KN Bài giải: * Tính phản lực gói đỡ: Do dàn chịu tải trọng đối xứng ta có: 101 V A  VB  140  70 KN Vì dàn làm việc đối xứng tính tốn ta càn tính cho nửa dàn sau lấy đối xứng tương ứng phần tử dàn - Tính ứng suất []h Theo lý thuyết bền ta có cơng thức tính ứng suất cho phép sau: []h=0,5[]K=0,5.28=14 KN/cm2 - Tính chiều cao dàn Để xác định chiều cao dàn ta chọn tỷ lệ h   h  1m l 10 Xác định góc  góc hợp biên biên Góc xác định sau: tg  h   0.2    11,30 2d 2.2,5 * Tính ứng lực dàn Do dàn đối xứng ta dùng mặt cắt 1-1 2-2 để xác định ứng lực dàn, mặt cắt thể hiình vẽ Q trình tính tốn thực sau Lập điều kiện cân mặt cắt 1-1 S P P S V S Ta có phương trình cân sau: M1=d.P2+2dP1+hcos.S3+hS2-2dVB=0 (1) MY= d.P2+2dP1-2dVB- hcos.S1=0 (2) MA= d.P2+2dsin.S1=0 (3) Giải phương trình (2) ta có S1  dP2  2dP1  2dVA 2,5.30  2.2,5.20  2.2,5.70   178,5KN h cos cos11,30 Giải phương trình (3) ta có 102 S3  d P2 2,5.30   75,6KN 2d sin  2.2,5 sin 11,30 Thay S3 vào phương trình (1) ta có: S2  2dVB  dP2  2dP1  h cos 2.2,5.70  2,5.30  5.30  1.0,92.75,6   250 KN h Lập điều kiện cân mặt cắt 2-2 ta có phương trình cân sau: S P S V A M2= VA.d-P1d-S5.(1/2).h=0 (4) M2= VAd+S4(h/2)cos-P1d=0 (5) Giải phương trình (4) ta có: S5  70.2,5  20.2,5  250 KN h Giải phương trình (5) ta có: S4  20.2,5  70.2,5  225 KN 1.0,92 Để xác định nội lực chống dàn ta dùng phương pháp tách nút, nút tách nút đỉnh, nút trung gian, sau tách nút ta thành lập phương trình cân bằng: + Tách nút đỉnh: 1 103 Lập phương trình cân Y=-P3-2S1sin-S6=0 (6) Giải phương trình (6) ta có: S6=-40-2.(-178,5).0,16=30KN + Tách nút trung gian hình 5-11 Y=-P2-S7-Ssin-S3sin+Ssin=0 (7) Giải phương trình (7) ta có: S7=S1sin-P2-S4sin-S3sin S7=-178,5.0,16-30+255+75,6.0,16=6KN * Tính tốn nặt cắt ngang cho phần tử dàn Diện tích mặt cắt ngang phần tử dàn xác định sau: Tính mặt cắt ngang biên chịu kéo FYC  N  K  250  8,93cm 28 Tính biên chịu nén: FYC  N  K   250  16cm 28.0,5 Tính giằng, trụ Các giằng, trụ chọn kích thước nhau, để thuận lợi cho q trình gia cơng Việc tính tốn thực theo công thức sau: FYC  S max 75,6   5,4cm  K  28.0,5 Ở tính tốn ta chọn giằng chống có ứng lực lớn để tính tiết diện ngang cho tất 104 * Xác định số hiệu mặt cắt ngang phần tử Các phần tử chế tạo dàn kèo nhà hầu hết dùng loại thép góc L, ta tra bảng sổ tay vật liệu khí giáo trình sức bền vật liệu để xác định số hiệu loại thép L Đối với biên chịu nén ta dùng L 100.100.10 Đối với biên chịu nén ta dùng L 70.70.7 Đối với giằng trụ ta dùng L 63.63.6 * Tính độ bền mối hàn Chiều dàu mối hàn thah giằng xác định theo công thức L 75,6 N   19,4cm 0,7.K  h 0,7.0,4.14 Ta chọn chiều dài L=20cm Do giằng trụ bố trí mối hàn chiều dài xác định sau L1  0,7.L  0,7.20  14cm L2  20  14  6cm Do thép góc chịu tác dụng lực kéo nén phân bố khơng phía, phía gần góc vng, tức phía gần tâm hơn, lực tác dụng lớn tính N1=0,7N Chiều dài mối hàn nối đỉnh với biên xác tính sau: L 178,5 N   30cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 - Chiều dài mối hàn nói với biên xác định sau: L 2.S cos q   17,84cm 2.0,7.K  h 0,7.0,6.14 (q lực tổng hợp chiếu trục X, lực gây kéo biên dưới) - Chiều dài mối hàn biên nút đế: Chiều dài mối hàn biên nút đến tính theo công thức: L S4 225   37,5cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 Chiều dài mối hàn biên nút đế 105 L S5 250   41,7cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 Nhưng hàn hai phía chiều dài đường hàn số: L1=0,7L=0,7.41,7=29,2cm L2= 41,7-29,2=12,5cm Ví dụ: Tính tốn kích thước bình sinh khí có dung tích 40 lít, sản lượng khí 2000lit/giờ, áp suất làm việc 1,5 at, vật liệu có  K  20 KN / cm Bài giải: * Xác định kích thước bình - Xác định chiều cao bình Với loại bình sinh khí loại nhỏ, ta chọn trước chiều cao bình, chiều cao bình chọn giới hạn sau: h = 500  650 mm Như theo giới hạn ta chọn chiều cao bình h= 500 mm - Tính đường kính bình Đường kính bình tính sau:  D t V= h Thay giá trị vào biểu thức ta có Dt  4V 4.40   3,2dm  32cm 3,14.5  h Vậy đường kính bình Dt= 320 mm - Tính chiều dày bình Theo cơng thức (5-14) ta có: S= P.Dt 1,5.320 c   1,7  2mm 200.  K  P 200.0,7.20  1,5 Vậy ta chọn S = 2,5 - mm để đãm bảo điều kiện bền - Tính chiều dày đáy bình Chiều dày đáy bình xác định theo cơng thức (5-15) sau: 106 P.Dt D  t c Sd = 400.Z  K  P 2.ht Thay giá trị vào biểu thức ta có: 320 1,5.320  1,7  2mm Sd = 400.1.20  1,5 2.65 Để đảm bảo điều kiện bền ta chọn Sd = 2,5 - (mm) 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Đào (2006), “ Công nghệ chế tạo phôi”, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Trần Văn Giản (1978), “ Khai triển hình gị”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Trần Văn Niên (2001), “Thực hành kỹ thuật Hàn - Gò”, NXB Đà Nẵng [4] Nguyễn Văn Thông (1998) “Vật liệu Công nghệ hàn”, NXB Khoa học Kỹ thuật [5].Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (2003), “ An toàn lao động gia công kim loại - Dự án JICA-HIC” [6] The James F.Lincoln Arc Welding Foundation (1990) “Metal and How to weld them” [7] The Lincoln Electric Company (USA) by Richart S.Sabo (1995) “The Procedure Handbook of Arc Welding” [8] ASME Section IX (2007) “Welding and Brazing Qualifications”, American Societyt mechanical Engineer [9] AWS D1.1 (2008) “Welding Structure Steel”, American Welding Society [10] The Welding Institute (TWI), “Welding Inspection”, Training and Examination Services [11] Các trang web: www.aws.org www.asme.org 108 ... liệu chế tạo kết cấu hàn + Giải thích rõ cơng dụng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn Tính tốn vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn gia cơng kết cấu hàn + Trình bày đầy đủ bước tính ứng suất... năng: Nắm sở tính tốn độ bền kết cấu hàn Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao Đánh giá độ bền kết cấu hàn (mối hàn giáp mối, mối hàn chồng, mối hàn góc chữ... thuyết Thực hành/thực tập/thí nghiệm/bài tập/thảo luận Vật liệu chế tạo kết cấu hàn 2 Tính độ bền mối hàn 15 10 Tính ứng suất biến dạng hàn 15 12 Tính tốn kết cấu dầm trụ 15 12 Tính tốn kết cấu dàn