http://www.ebook.edu.vn 9-21 2. Kết cấu thanh thành mỏng tạo hình nguội 2.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng. Đây là một loại kết cấu thép nhẹ đã đợc sử dụng từ hàng chục năm ở các nớc, mới đợc áp dụng ở Việt Nam thời gian gần đây. Kết cấu thép nhẹ khác biệt với kết cấu thép thông dụng ở những điểm cơ bản sau : sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép rất mỏng (tới 1 mm trở lên) ; sử dụng các loại tiết diện không có trong kết cấu thông thờng nh tiết diện kín, tiết diện vuông, tiết diện tròn ; sử dụng các phơng pháp liên kết không dùng trong kết cấu thờng. Đặc điểm quan trọng nhất là sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép mỏng, sau này ta sẽ gọi là thanh thành mỏng hoặc thép hình uốn nguội. Bên cạnh các loại thép hình cán nóng thông thờng, hiện nay các nớc đã chế tạo rộng rãi thép hình uốn nguội. Việc sử dụng thanh thành mỏng tạo ra một cách tiếp cận khác của kết cấu thép trong mọi giai đoạn xây dựng : thiết kế, chế tạo, dựng lắp. So với kết cấu thép thông thờng, kết cấu bằng thanh thành mỏng có một loạt các u và khuyết điểm sau : Ưu điểm : giảm lợng thép từ 25 - 50% ; về lí thuyết có thể giảm nhiều hơn nữa nhng sẽ kèm theo khó khăn tốn kém về chế tạo, và không còn kinh tế nữa ; dựng lắp nhanh, ví dụ tới 30% đối với mái nhà ; đối với cấu kiện có các thanh và nút thống nhất hoá nh dàn mái không gian thì còn nhanh hơn nhiều nữa ; hình dạng tiết diện đợc chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu ; đặc trựng chịu lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bố vật liệu hợp lí, nhất là khi dùng tiết diện kín ; dùng tiết diện kín tạo vẻ đẹp kết cấu; bớt che lấp diện tích kính lấy ánh sáng. Khuyết điểm : giá thành thép uốn nguội cao hơn thép cán nóng ; chi phí phòng gỉ cao hơn, vì bề mặt của tiết diện thép lớn hơn, cần nhiều diện tích phủ bảo vệ. việc vận chuyển, bốc xếp dựng lắp tuy nhanh chóng nhng đòi hỏi những iện pháp và phơng tiện riêng vì cấu kiện dễ bị h hại ; việc thiết kế khó khăn hơn vì sự làm việc phức tạp của cấu kiện. Tiết diện cấu kiện đợc chọn tự do nên không có bảng tính toán sẵn. Sử dụng thanh thành mỏng đơng nhiên giảm nhẹ trọng lợng kết cấu, tiết kiệm vật liệu nhng không hẳn có nghĩa là kinh tế hơn. Tiết diện thanh thép uốn nguội đắt http://www.ebook.edu.vn 9-22 hơn thép cán nhiều (có thể tới 30%) vì phải dùng thép tấm mỏng cán nóng và gia công uốn nguội. Các hãng sản xuất thanh thành mỏng hiện nay đều cố gắng tiêu chuẩn hoá và điển hình hoá cao độ các loại tiết diện. Một tiết diện thành mỏng có thể đợc áp dụng cho nhiều loại nhà có công dụng khác nhau và sơ đồ kết cấu khác nhau. Tất nhiên là tiêu chuẩn hoá cao sẽ dẫn đến làm tăng lợng thép, vì có những trờng hợp vật liệu cha làm việc hết khả năng, nhng không có nghĩa là bất lợi về kinh tế. Việc tiêu chuẩn hoá các cấu kiện nhẹ sẽ cho phép : giảm sự đa dạng của tiết diện, nên tăng số lợng sản xuất hàng loạt ; nghiên cứu những nút liên kết thống nhất, giảm công chế tạo và dựng lắp. 2.2.Các dạng cấu kiện tạo hình nguội Bằng cách gập nguội, có thể tạo từ tấm thép mỏng tiết diện hình bất kì. Tiết diện đợc chia ra loại hở nh chữ C, chữ L, chữ U và loại kín nh ống, hộp. Hàn các tiết diện đơn với nhau có thể tạo nên tiết diện phức hợp. Bề dày của thành tiết diện là không đổi, trừ một số chỗ có thể là bề dày gấp đôi do gập bản thép lại. Cấu kiện dạng thanh dùng làm kết cấu chịu lực chính nh cột, khung hoặc cấu kiện phụ nh xà gồ, dầm tờng. Cấu kiện dạng tấm dùng để làm panen mái hay tờng. Kích thớc các tiết diện uốn nguội đợc tiêu chuẩn hoá tại một số nớc sử dụng nhiều. Hình 9.9. Các loại tiết diện uốn nguội. a - tiết diện hở ; b- tiết diện kín ; c tiết diện phức hợp Xà gồ, dầm tờng thờng có tiết diện chữ C hoặc chữ Z. Tiết diện chữ Z thuận tiện cho việc xếp để chuyên chở . Tiết diện chữ Z cũng dễ lồng lên nhau để tăng thành tiết diện kép chịu đợc mômen lớn tại gối tựa của dầm liên tục (hình 9.5). Cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội là loại cấu kiện đặc biệt, việc tính toán hết sức phức tạp. Khi một cấu kiện thành mỏng chịu uốn hay xoắn, thờng xuất hiện những ứng suất và biến dạng gây nên sự vênh của tiết diện, do một đại lợng lực tên là bimômen (Hình 9.10,a). Ngoài ra, do thành mỏng, cấu kiện rất dễ mất ổn định cục bộ tại http://www.ebook.edu.vn 9-23 cánh và bụng ; một số bộ phận của cánh và bụng không làm việc, không đợc xét trong tính toán, phần còn chịu lực đợc gọi là tiết diện hữu hiệu và nhiệm vụ tính toán là xác định tiết diện hữu hiệu này (hình 9.10,b). Nớc ta cha có quy phạm tính toán thanh thành mỏng, và thực tế rất ít kết cấu thành mỏng đã đợc tự thiết kế trong nớc. (a) (b) Hình 9.10. Sự làm việc của cấu kiện thành mỏng a) Tiết diện bị vênh do bimômen. b) Tiết diện hữu hiệu : 1- Dầm ; 2- Cột Cấu kiện thành mỏng cũng có thể dùng để làm kết cấu chính của nhà có nhịp đến 20m, số tầng 2 đến 3 tầng. Hình 9.11 thể hiện một nhà xởng làm hoàn toàn bằng cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội đang đợc dựng lắp ơ Việt Nam . Hình 9.11. Nhà xởng làm hoàn toàn bằng cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội http://www.ebook.edu.vn 9-24 2.3 Công nghệ chế tạo thanh thành mỏng Dùng phơng pháp gia công nguội, có thể làm đợc cấu kiện thành mỏng mà không thể dùng phơng pháp cán nóng ; cấu kiện này có bề mặt nhẵn, có thể quét ngay sơn bảo vệ lên ; cờng độ thép đợc tăng lên. Các phơng pháp : gấp bằng máy gấp mép ; dập khuôn bằng máy ép và cán liên tục. + Máy gấp mép. Thân máy gồm hai thớt, thớt dới gắn thớc tạo hình bên dới, thớt trên cố định gắn thớc tạo hình bên trên và kẹp chặt bản thép. Thớt dới đi lên, gấp mép và tạo góc cho bản thép. Thay đổi thớc tạo hình thì tạo đợc các hình dạng khác nhau. Phải nhiều động tác mới tạo đợc hình hoàn chỉnh, ví dụ, hình máng sau đây cần 6 động tác. 1 2 3,4 5 6 Hình 9.12. Máy gập mép. 1- Dầm gấp đặt dới. 2-Vít chỉnh thớc gấp. 3-Đối trọng. 4-Dầm tạo hình. 5- Bánh xe di chuyển dầm để ép bản thép. 6- Thớc tạo hình dới. 7- Thớc tạo hình trên. 8 Dầm ép. 9- Bản thép. 10- Bệ chặn http://www.ebook.edu.vn 9-25 Cách chế tạo này có nhợc điểm sau : - năng suất thấp, nhiều thao tác ; - độ chính xác kém ; - chỉ gập đợc bản thép dày không quá 3mm, chiều dài không quá 6 m. Đồng thời giá thiết bị rẻ, dễ có. Có thể đạt đợc nhiều hình dạng bằng việc thay đổi dễ dàng thớc tạo hình. Công nghệ này thích hợp với việc sản xuất theo quy mô nhỏ, nhiều loại hình khác nhau. + Máy ép khuôn : máy dùng cho dây chuyền sản xuất hàng loạt nhỏ. Máy gồm có thân máy, bàn máy, dầm ép. Khuôn cối tạo hình đặt trên bàn máy. Dầm ép ở bên trên đi xuống, có gắn chày tạo hình. Lực ép từ 40 đến 150 tấn, ép trên toàn bộ chiều dài thanh (Hình 9.13). Phơng pháp này có thể tạo đợc thanh dài tới 6 m, rộng 250 - 500mm, dày tới 16 mm. Bằng cách di chuyển dải thép theo chiều dài, có thể làm đợc thanh dài tới 12 m, tất nhiên với các sai lệch về kích thớc tiết diện, về độ phẳng của mặt. Để tạo đợc một tiết diện, cũng phải nhiều nguyên công : mỗi lần ép chỉ tạo đợc một góc. Do đó năng suất thấp, khó cơ giới hoá toàn bộ. Ưu điểm của phơng pháp : thay thế các khuôn tạo hình giá rẻ, có thể tạo đợc nhiều hình dạng. Có lợi khi sản xuất hàng loạt nhỏ, đặc biệt hay đợc dùng để chế tạo các cấu kiện không điển hình. Hình 9.13 . Máy ép khuôn. http://www.ebook.edu.vn 9-26 3. Máy cán trục lăn. Đây là loại máy năng suất cao nhất, dùng ở các nhà máy luyện kim, nhà máy sản xuất hàng loạt lớn. Máy gồm một dãy các trục cán, có hình dạng khác nhau (hình 9.14). Dải thép đi qua các trục cán, dần dần đợc thay đổi hình dạng . Có thể cán đợc dải thép dày 0,3 đến 18 mm, rộng 20 đến 2000 mm. Tốc độ cán 10 đến 30 m/phút. Loại máy có năng suất cao, sử dụng ít nhân công, mỗi năm có thể sản xuất hàng triệu mét cấu kiện. Tuy nhiên mỗi bộ trục cán chỉ dùng cho một loại tiết diện , muốn đổi tiết diện phải thay đổi trục cán, do đó giá thành cao. Hiện nay ở Việt Nam , bên cạnh các máy cán lớn của các công ty nớc ngoài, nhiều công ty nhỏ trong nớc cũng đã có nhiều máy cán, sản xuất hàn loạt tiết diện thành mỏng, ống có mối hàn để sử dụng trong xây dựng. Hình 9.14. Máy cán trục lăn. 3. Kết cấu dàn không gian Một loại kết cấu mới đợc áp dụng nhiều trong thời gian gần đây, mặc dù ở nớc ngoài đã đợc sử dụng trên 30 năm, là kết cấu dàn không gian, hoặc còn gọi là kết cấu cấu trúc tinh thể. Công trình nhà ga T1 Nội Bài , hàng chục công trình nhà thể thao, nhà triển lãm, hội trờng đã ap dụng loại kết cấu không gian này. http://www.ebook.edu.vn 9-27 4.1 Đặc điểm kết cấu. Đặc điểm của loại kết cấu này là nó gồm một hệ thống dàn giao nhau theo 2 hoặc 3 phơng ; những dàn này không thẳng đứng mà đặt nghiêng nên các thanh bụng tạo nên một hệ không gian có độ cứng chống xoắn (hình 9.15) . Về cấu tạo, hệ dàn không gian có thể coi nh gồm nhiều cấu trúc giống nhau (gọi là cấu trúc tinh thể) ghép lại. Do tự do ghép thêm các tinh thể một cách tuỳ ý nên kết cấu có mặt bằng rất linh hoạt, coi là bất kì. Sự làm việc của kết cấu giống nh một tấm phẳng tựa lên các cột. Mômen uốn của tấm (gồm mômen uốn theo hai phơng và mômen xoắn) đợc phân phối cho các thanh cánh và bụng. Hình 9.15. Sơ đồ kết cấu và chi tiết Chi tiết http://www.ebook.edu.vn 9-28 Kết cấu dàn không gian có những u khuyết điểm sau : - độ cứng không gian lớn, làm đợc nhịp rộng ; chiều cao dàn nhỏ chỉ 1/14 đến 1/20 nhịp (bằng nửa dàn thông thờng) nên tiết kiệm không gian của nhà. - có thể dùng cho mặt bằng bất kì, gối tựa bố trí bất kì ; - các cấu kiện thanh và nút đợc dùng lặp lại, tiện việc chế tạo tiêu chuẩn hoá - làm việc an toàn do có độ siêu tĩnh cao, không sợ bị phá hoại cục bộ. - chế tạo khó, đặc biệt là các nút. Cần có công nghệ riêng để chế tạo hàng loạt với chất lợng đảm bảo. Sai số chế tạo yêu cầu thật nhỏ nh ở sản phẩm cơ khí. - muốn chỉ dùng ít loại thanh để thống nhất hoá sẽ dẫn đến việc nhiều thanh không sử dụng hết khả năng. Nếu dùng một loại tiết diện thanh thì chỉ có 1% só thanh là làm việc hết khả năng, dẫn đến lãng phí vật liệu. 4.2 Đặc điểm cấu tạo : Quan trọng nhất là nút dàn. Yêu cầu của nút dàn là sao cho có thể liên kết đợc rất nhiều thanh theo các góc khác nhau, mà đảm bảo thi công dễ dàng và đủ chịu lực. Có đến hàng trăm kiểu cấu tạo nút dàn khác nhau đã đợc đăng kí bản quyền trên thế giới. Có thể gộp thành các nhóm nh sau : - nút cầu, gồm khối hình cầu đúc, có các lỗ sâu có ren, đầu thanh có bulông vặn vào khối cầu. Nút dùng với thanh tiết diện ống, có thể liên kết tới 18 thanh (hình 9.16). Tiêu biểu là nút nổi tiếng Merot của Đức. Kiểu nút này có u điểm là đẹp, dễ lắp ghép nhng khả năng chịu lực không cao, trọng lợng khối cầu lớn (chiếm tới 20% trọng lợng kết cấu). Khi đờng kính quả cầu lớn, có thể dùng quả cầu rỗng, tạo từ hai nửa cầu hàn lại, các thanh ống hàn trực tiếp vào khối cầu. Loại này có khả năng chịu lực lớn nhng lắp ráp phức tạp. Hình 9.16. Nút cầu và các thanh thép ống http://www.ebook.edu.vn 9-29 -nút bulông gồm một hay nhiều bulông bắt trực tiếp vào đầu mút các thanh đã đợc gia công cho có hình thích hợp. Một loại nút tiêu biểu là nút của hệ thống Harley (Uc) (hình 9.17). -nút các kiểu nút dùng bản mã đợc tạo hình, các thanh liên kết vào bản mã bằng bulông . Hình 9.17 Nút kiểu Harley Tại Việt Nam chỉ mới áp dụng chủ yếu loại nút cầu đúc và một số loại khác có liên kết bulông.Việc áp dụng loại kết cấu này sẽ có triển vọng rất lớn trong tơng lai gần. Hiện tại một số nhà máy lớn nớc ta đã có nhập những dây chuyền để chuyên sản xuất các bộ phận của kết cấu và đã tiến hành thực thi công trình. Hình 9.18 thể hiện thiết kế của mái dàn không gian của một nhà thể thao đang đợc xây dựng phục vụ Seagames 2003. 4.3 Những vấn đề thiết kế, chế tạo và dựng lắp. Việt Nam cha có những tiêu chuẩn quy phạm tơng ứng về các vấn đề này. Hiện tại, mọi công trình đã đợc xây dựng đều dựa vào quy phạm nớc ngoài, đặc biệt là của Trung Quốc.Việc chọn sơ đồ kết cấu và chọn sơ bộ kích thớc thanh đợc làm theo các phơng pháp gần đúng, coi kết cấu nh một tấm. Việc tính toán nội lực kết cấu và chọn tiết diện thanh đợc thực hiện bằng các phần mềm máy tính quen thuộc, nên không mấy phức tạp. Ta đã có một số đề tài nghiên cứu lớn và đã làm nhiều thí nghiệm về nút cầu, về bulông cờng độ cao nhng các kết quả cha đợc phổ biến áp dụng. Vấn đề lớn hiện nay là các quy định kĩ thuật về chế tạo, về dung sai chế tạo và dựng lắp v.v. cha có và do đó đợc chọn dùng không nhất quán tại các đơn vị khác nhau. Bộ Xây dựng và vài địa phơng đã có kế hoạch biên soạn gấp các văn bản này trong thời gian tới. http://www.ebook.edu.vn 9-30 [...]... độ chắc đặc và độ Các bể chứa, ống dẫn Các dung bền mối hàn bằng thu lực hoặc khí môi dùng thử nghiệm và áp lực theo chỉ dẫn của thi t kế nén Phơng pháp kiểm tra Dạng kết cấu 6 Kiểm tra bằng phơng pháp Dạng kết cấu, phơng pháp và mức không phá hỏng liên kết kiểm tra do thi t kế quy định 7 Thí nghiệm cơ tính các mẫu kiểm Dạng kết cấu, phơng pháp kiểm tra tra do thi t kế quy định 8 Quan sát kim tơng... AWS 3 Thi công và nghiệm thu kết cấu hàn 3.1 Quy trình kĩ thu t về hàn Việt Nam cha có quy trình riêng về hàn trong xây dựng mà nằm xen trong các quy phạm khác nh Gia công, lắp ráp, nghiệm thu kết cấu thép TCXD 170:89 Một số điều chính về kĩ thu t hàn theo Tiêu chuẩn này nh sau : - phải chọn chế độ hàn cao cho bảo đẩm hàn ngấu : hệ số ngấu n = b / h phải không nhỏ hơn1,3 đối với mối hàn góc và không... làm đợc lớp thu c bọc ngoài) Thu c hàn cháy có cùng chức năng nh hàn hồ quang tay Dây hàn và thu c đợc kí hiệu E6XT, E7XT, đến E110T 2 Thi t kế kết cấu hàn 2.1 Các vấn đề về tính toán liên kết hàn Hai loại mối hàn cơ bản trong kết cấu thép là hàn đối đầu và hàn góc Hàn đối đầu có các hình : vuông, vat chéo, chữ V, chữ X, chữ K, chữ U (hình 9.22) Việc chọn hình dạng là tuỳ theo bề dày bản thép, ngoài... bề ngoài và đo kích Tất cả các dạng kết cấu thớc 100% mối hàn 3 Kiểm tra xác suất các mối hàn Tất cả các dạng kết cấu, trừ những bằng siêu âm hoặc tia phát xạ kết cấu ghi ở mục 6 xuyên thấu 4 Thử nghiệm độ đặc chắc của mọi Kết cấu làm bằng thép tấm dày tới mối hàn bằng phơng pháp tẩm dầu 16 mm, trong đó các mối hàn yêu hoả hoặc phủ nớc xà phòng (khi cầu kín có áp suất d hoặc chân không) 5 Thử nghiệm. .. loại hàn và cải thi n thành phần hoá học của kim loại hàn Mối hàn của phơng pháp này có chất lợng cao, đồng chất, độ dai, độ bền tơng đơng với kim loại cơ bản Tiêu chuẩn Việt Nam dùng kí hiệu của Tiêu chuẩn Liên xô cho dây hàn và thu c hàn Ví dụ : dây thép hàn CB-08GA là loại thép CT3 ; tơng ứng với thu c hàn AH-348A Vật liệu của Mĩ có kí hiệu : thu c hàn là FXX chỉ cờng độ kéo và cờng độ thử nghiệm. .. dạng kết cấu, theo TCXD 170 : 89 http://www.ebook.edu.vn 9-37 Hình 9.27 Trích từ trang của AWS về tiết diện mối hàn chấp nhận đợc và không chấp nhận đợc http://www.ebook.edu.vn 9-38 http://www.ebook.edu.vn 9-39 Bảng 9.4 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng mối hàn Phơng pháp kiểm tra Dạng kết cấu 1 Rà soát có hệ thống việc thực Tất cả các dạng kết cấu hiện quá trình công nghệ tổ hợp và hàn 2 Quan sát. .. sát kim tơng mối hàn Dạng kết cấu, phơng pháp và mức kiểm tra do thi t kế quy định Mối hàn bị lỗi không nghiệm thu đợc phải tảy bỏ đi bằng máy cắt, mài hoặc thổi bằng ôxy, không đợc xâm phạm vào thép cơ bản Làm sạch bề mặt trớc khi hàn lại Có thể sửa chữa cục bộ những khuyết tật, ví dụ : chỗ hàn quá dày, quá lồi thì tảy đi ; chỗ quá lõm, thi u kích thớc thì chuẩn bị kĩ bề mặt và hàn thêm cho đủ ; chỗ... cho đủ ; chỗ có vết nứt thì tảy bỏ mối hàn nứt và kim loại gốc cách hai đầu vết nứt 15mm rồi hàn lại Sau khi sửa chữa xong, lại phải thực hiện lại việc kiểm tra với cùng kĩ thu t và tiêu chí 3.3 Kiểm tra kết cấu hàn Khi hàn xong cấu kiện, luôn luôn có biến hình hàn làm cấu kiện bị cong vênh Việc đầu tiên là dùng mắt thờng kiểm tra độ cong vênh của kết cấu và phải nắn sửa lại cho thẳng Biện pháp nắn thẳng... ngoài ra tuỳ theo chi phí gia công và chi phí hàn Hàn góc đợc dùng rộng rãi nhất do kinh tế, dễ chế tạo và phù hợp với nhiều loại liên kết Hàn góc có thể là hàn cho liên kết chồng hoặc cho liên kết chữ T Những áp dụng điển hình của mối hàn góc đợc vẽ ở hình 9.23 Trong mọi quy phạm thi t kế mối hàn, việc tính toán đều đa về xác định chiều dài và bề dày của mối hàn, dựa vào ứng suất cho phép hoặc cờng... http://www.ebook.edu.vn 9-34 hạn bền của thép đợc liên kết Tiết diện làm việc của mối hàn góc đều đợc các quy phạm lấy là tiết diện phân giác , tức là có bề cao bằng 0,707 (cos 45o) bề dày mối hàn Trong mọi trờng hợp, việc tính toán liên kết phải dùng cùng quy phạm với việc tính toán kết cấu 2.2 Thể hiện bản vẽ kết cấu hàn Cách thể hiện liên kết hàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam đã quen thu c Cách thể hiện theo Quy . 3. Thi công và nghiệm thu kết cấu hàn 3.1. Quy trình kĩ thu t về hàn Việt Nam cha có quy trình riêng về hàn trong xây dựng mà nằm xen trong các quy phạm khác nh Gia công, lắp ráp, nghiệm thu. tiếp cận khác của kết cấu thép trong mọi giai đoạn xây dựng : thi t kế, chế tạo, dựng lắp. So với kết cấu thép thông thờng, kết cấu bằng thanh thành mỏng có một loạt các u và khuyết điểm sau. Dạng kết cấu 1. Rà soát có hệ thống việc thực hiện quá trình công nghệ tổ hợp và hàn Tất cả các dạng kết cấu 2. Quan sát bề ngoài và đo kích thớc 100% mối hàn Tất cả các dạng kết cấu 3.