Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Phần sau giới thiệu tóm tắt thuộc tính cấp thép ứng với cấp c ường độ khác Để giúp so sánh loại thép n ày, biểu đồ ứng suất-biến dạng giai đoạn đầu đường cong gỉ phụ thuộc thời gian đ ược cho, tương ứng, hình 1.5 1.6 Thép bon cơng trình Tên gọi thật khơng đặc trưng tất thép cơng trình có bon Đây định nghĩa kỹ thuật Các tiêu chuẩn để định loại thép bon tham khảo mục 8.2.5, tài liệu [4] Một đặc trưng chủ yếu thép bon cơng trình có điểm chảy nhận biết rõ thềm chảy dài Điều miêu tả hình 1.5 biểu thị tính dẻo tốt, cho phép phân phối lại ứng suất cục m khơng đứt gãy Thuộc tính làm cho thép bon đặc biệt phù hợp sử dụng làm chi tiết liên kết Thép bon có tính hàn t ốt thích hợp cho bản, thép cán định hình xây dựng Chúng dự kiến cho sử dụng nhiệt độ khơng khí Mức độ gỉ hình 1.6 thép bon có đồng (Cu) khoảng nửa thép bon thông thường Thép hợp kim thấp cường độ cao Các thép có thành phần hố học hạn chế để phát triển c ường độ chảy cường độ kéo đứt lớn thép bon lư ợng kim loại bổ sung nhỏ h ơn thép hợp kim Cường độ chảy cao (Fy = 345 MPa) đạt điều kiện cán nóng h ơn qua gia cơng nhiệt Kết chúng có điểm chảy rõ ràng tính dẻo tuyệt vời miêu tả hình 1.5 Thép hợp kim thấp cường độ cao có tính hàn tốt thích hợp cho bản, thép cán định hình xây dựng Các hợp kim có sức kháng gỉ khơng khí cao cho thấy hình 1.6 Do có phẩm chất tốt này, thép cấp 345 thường lựa chọn người thiết kế cầu có nhịp trung bình nhỏ Thép hợp kim thấp gia công nhiệt Thép hợp kim thấp cường độ cao gia cơng nhiệt để đạt đ ược cường độ chảy cao (Fy = 485 MPa) Thành phần hoá học cho cấp 345W v 485W gần Việc xử lý nhiệt (tôi thép) l àm thay đổi cấu trúc vi mô thép v làm tăng cường độ, độ rắn độ dai Sự gia công nhiệt làm điểm chảy thép dịch chuyển cao l ên cho thấy hình 1.5 Có chuyển tiếp rõ rệt từ ứng xử đàn hồi sang ứng xử đàn hồi Cường độ chảy thép thường xác định độ giãn 0,5% tác dụng tải trọng độ giãn 0,2% theo định nghĩa b ù (xem hình 1.5) Thép hợp kim thấp gia cơng nhiệt h àn, nhiên thích hợp cho Sức kháng gỉ khơng khí củ a chúng giống thép hợp kim thấp cường độ cao http://www.ebook.edu.vn 19 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 1.5 Các đường cong ứng suất-biến dạng ban đầu điển hình thép cơng trình Hình 1.6 Các đường cong gỉ cho vài loại thép môi trường công nghiệp Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao Thép hợp kim loại thép có thành phần hố học khơng phải nh thép hợp kim thấp cường độ cao Phương pháp gia công nhiệt nhúng thực tương tự thép hợp kim thấp thành phần khác nguyên tố hợp kim làm phát triển cường độ cao (Fy = 690 MPa) tính dai lớn nhiệt độ thấp http://www.ebook.edu.vn 20 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Đường cong gỉ khơng khí thép hợp kim ( cấp 690) cho hình 1.6 thể sức kháng gỉ tốt bốn cấp thép Ở đây, cường độ chảy xác định độ giãn 0,5% tác dụng tải trọng độ giãn 0,2% theo định nghĩa bù miêu tả hình 1.5 Khi xem xét đường cong ứng suất-biến dạng đầy đủ hình 1.4, rõ ràng thép gia cơng nhiệt đạt cường độ chịu kéo dạng chóp ứng suất giảm nhanh so với thép không xử lý nhiệt Độ dẻo thấp h ơn gây vấn đề số t ình khai thác và, vậy, cần phải thận trọng sử dụng thép gia công nhiệt 1.3.5 Ảnh hưởng ứng suất lặp (sự mỏi) Khi thiết kế kết cấu cầu thép, người thiết kế phải nhận thức đ ược ảnh hưởng ứng suất lặp Xe cộ qua vị trí xác định n lặp lặp lại theo thời gian Tr ên đường cao tốc xuyên quốc gia, số chu kỳ ứng suất lớn h ơn triệu lần năm Các ứng suất lặp gây tải trọng sử dụng v giá trị lớn ứng suất thép mặt cắt ngang nhỏ so với cường độ vật liệu Tuy nhiên, có tượng tăng ứng suất không liên tục vật liệu hình học, ứng suất nơi gián đoạn dễ dàng lớn gấp hai ba lần ứng suất đ ược tính tốn từ tải trọng sử dụng Ngay ứng suất cao n ày tác dụng khơng liên tục, lặp lặp lại nhiều lần th ì hư hỏng tích luỹ, vết nứt h ình thành phá hoại cấu kiện xảy Cơ chế phá hoại này, bao gồm biến dạng phát triển vết nứt tác động tải trọng sử dụng, mà tự thân khơng đủ gây phá hoại, gọi mỏi Thép bị mỏi chịu mức ứng suất trung b ình lặp lại nhiều lần Mỏi từ xác đáng để mô tả tượng Xác định cường độ mỏi Cường độ mỏi số vật liệu cường độ chảy hay mơ đun đ àn hồi Nó phụ thuộc vào cấu tạo cụ thể mối nối và, thực tế, xác định thực nghiệm Vì hầu hết vấn đề tập trung ứng suất khơng li ên tục hình học vật liệu có liên quan đến liên kết hàn nên hầu hết thí nghiệm c ường độ mỏi thực loại mối hàn Q trình thí nghiệm liên kết hàn cho loạt mẫu chịu biên độ ứng suất S nhỏ cường độ chảy thép lặp lại ứng suất với N chu kỳ liên kết phá hoại Khi giảm biên độ ứng suất, số chu kỳ lặp dẫn đến phá hoại tăng lên Kết thí nghiệm thường biểu diễn biểu đồ quan hệ log S log N Một biểu đồ S-N điển cho môt liên kết hàn cho hình 1.7 Tại điểm biểu đồ, giá trị ứng suất cường độ mỏi số chu kỳ tuổi thọ mỏi mức ứng suất Chú ý rằng, biên độ ứng suất giảm tới giá trị đặc tr ưng, số chu kỳ ứng suất tăng không giới hạn m không gây phá hoại Ứng suất giới hạn gọi giới hạn mỏi liên kết http://www.ebook.edu.vn 21 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 1.7 Biểu đồ S-N điển hình cho mối nối hàn Ảnh hưởng cường độ vật liệu Cường độ mỏi phận không h àn tăng theo cường độ chịu kéo vật liệu c Cường độ mỏi biểu diễn hình 1.8 cho mẫu trịn đặc mẫu có lỗ Tuy nhiên, thép cường độ cao sử dụng cấu ki ện hàn khơng có tăng cường độ mỏi Hình 1.8 Cường độ mỏi so sánh với c ường độ tĩnh Sở dĩ có khác ứng xử n ày vật liệu khơng hàn, vết nứt phải hình thành trước chúng phát triển, mối nối hàn, vết nứt có sẵn tất chúng cần phát triển Mức độ phát triển vết nứt không thay đổi nhiều theo cường độ chịu kéo; đó, c ường độ mỏi mối hàn không phụ thuộc vào loại thép liên kết http://www.ebook.edu.vn 22 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Ảnh hưởng ứng suất dư Nói chung, mối hàn khơng giảm ứng suất nên giả thiết rằng, ứng suất d tồn liên kết Nếu chu kỳ ứng suất có bi ên độ S tác dụng biên độ ứng suất thực tế chạy từ tới biên độ ứng suất danh định S Do đó, biểu diễn ứng xử mỏi mối h àn phụ thuộc vào biên độ ứng suất, không cần biết ứng suất lớn nhỏ thực tế Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05, mỏi tải trọng gây xem xét phụ thuộc vào biên độ ứng suất ứng suất dư bỏ qua Nhận xét kết luận mỏi Mỏi nguyên nhân phổ biến gây phá hoại thép, chủ yếu l vấn đề không nhận thức đầy đủ giai đoạn thiết kế Sự ý thích đáng đến việc lựa chọn mối nối cấu tạo chi tiết hiểu biết yêu cầu tải trọng sử dụng loại trừ hầu hết vết nứt phá hoại, bỏ qua nhân tố n ày dẫn đến thảm hoạ 1.3.6 Sự phá hoại giòn Một kỹ sư thiết kế cầu phải hiểu điều kiện l nguyên nhân gây phá hoại giòn thép kết cấu Phải tránh phá hoại gi ịn chúng khơng dẻo xảy ứng suất tương đối thấp Khi có điều kiện n ày, vết nứt lan truyền nhanh v phá hoại đột ngột xảy Một nguyên nhân phá hoại giòn trạng thái ứng suất kéo ba trục xuất khe, rãnh phận không liên tục bị cản trở liên kết hàn Phá hoại giịn cịn xảy nhiệt độ mơi tr ường thấp Thép cơng trình thể tính dẻo nhiệt độ 0oC chuyển thành giòn nhiệt độ giảm Liên kết hàn cần cấu tạo để tránh ứng suất kéo ba chiều v khả phá hoại giịn Một ví dụ liên kết hàn sườn tăng cường ngang trung gian với dầm ghép Trước đây, sườn tăng cường thường thiết kế có chiều cao chiều cao vách hàn vào biên nén biên kéo Nếu sườn tăng cường hàn vào biên kéo hình 1.9 cản trở biến dạng mối h àn nguội theo ba phương sinh ứng suất căng ba chiều vách, điều kiện thuận lợi để dẫn đến phá hoại gi òn, đặc biệt đồng thời có giảm nhiệt độ có khơng ho àn hảo vật liệu.Vì vậy, ngày nay, sườn tăng cường ngang không phép hàn vào biên kéo http://www.ebook.edu.vn 23 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 1.9 Liên kết sườn tăng cường ngang trung gian vào dầm ghép (a) Cấu tạo không đúng, (b) Cấu tạo http://www.ebook.edu.vn 24 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Chương LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Trong kết cấu thép nay, có hai loại liên kết thường sử dụng: liên kết đinh liên kết hàn Hình 2.1 giới thiệu số dạng liên kết phổ biến kết cấu thép Liên kết đinh cụm từ chung dùng để loại liên kết có dạng thép tròn xâu qua lỗ phận cần liên kết Như vậy, đinh đại diện cho đinh tán, bu lông, bu lông cường độ cao, chốt …Các loại liên kết đinh đề cập chương liên kết bu lông thường liên kết bu lơng cường độ cao Liên kết hàn dùng cho mối nối ngồi cơng trường nói chung, chủ yếu sử dụng để nối phận nh máy Tuỳ theo trường hợp chịu lực, liên kết phân chia thành liên kết đơn giản, hay liên kết chịu lực tâm, liên kết chịu lực lệch tâm Trong chương này, liên k ết đơn giản trình bày mục 2.1-2.7, liên kết chịu lực lệch tâm đề cập mục 2.8 Hình 2.1 http://www.ebook.edu.vn 25 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD 2.1 Cấu tạo liên kết bu lông Bu lông phân biệt bu lông th ường bu lông cường độ cao 2.1.1 Bu lông thường Bu lơng thường làm thép các-bon ASTM A307 có cường độ chịu kéo 420 MPa Bu lơng A307 có đầu dạng hình vng, lục giác đầu chìm Bu lơng thép thường khơng phép sử dụng cho li ên kết chịu mỏi Đai ốc Đai ốc Thân đinh Đầu Đầu Ren Chiều dài ½ đường kính Chiều dài Hình 2.2 Bu lơng thép bon A307 c ấp A Đầu bu lông nhà sản xuất quy định a Đầu đai ốc hình lục lăng ; b Đầu đai ốc hình vng ; c Đầu chìm 2.1.2 Bu lơng cường độ cao Bu lơng cường độ cao phải có cường độ chịu kéo nhỏ 830 MPa cho đ ường kính d = 16 27 mm 725 MPa cho đư ờng kính d = 30 36 mm Bu lơng cường độ cao dùng liên kết chịu ma sát liên kết chịu ép mặt Liên kết chịu ép mặt chịu tải trọng lớn gây biến dạng lớn chịu ứng suất đổi dấu n ên dùng điều kiện cho phép Trong cầu, mối nối bu lông chịu ép mặt không dùng cho liên kết chịu ứng suất đổi dấu Liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát thường dùng kết cấu cầu chịu tải trọng thường xuyên gây ứng suất đổi dấu cần tránh biến dạng tr ượt mối nối http://www.ebook.edu.vn 26 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Liên kết bu lông cường độ cao chịu ép mặt đ ược dùng hạn chế cho phận chịu ứng suất dấu cho phận thứ yếu Trong xây dựng cầu, liên kết bu lông cường độ cao liên kết hàn sử dụng cho mối nối ngo ài công trường song liên kết bu lông cường độ cao dùng chủ yếu Liên kết hàn sử dụng liên kết thứ yếu, không chịu hoạt tải, dùng để liên kết mặt cầu phận khơng chịu lực Trong thực tế, thường sử dụng hai loại bu lông c ường độ cao A325 A490 với đầu mũ đai ốc theo tiêu chuẩn ASTM hình 2.2 Hình 2.3 Bu lơng cường độ cao Bu lơng CĐC A325 thép chống rỉ Các kích cỡ bu lơng v đường ren tham khảo bảng 2.1 Bảng 2.1 Chiều dài đường ren bu lông CĐC Đường kính bu lơng (mm) 12.7 15.9 19.0 22.2 25.4 28.6 31.8 35.0 38.1 Chiều dài ren danh đinh (mm) 25.4 31.8 35.0 38.1 44.5 50.8 50.8 57.2 57.2 Độ lệch ren (mm) 4.8 5.6 6.4 7.1 7.9 8.6 9.7 11.2 11.2 Chiều dài tổng cộng ren (mm) 30.2 37.3 41.1 45.2 52.3 59.4 60.5 69.3 68.3 http://www.ebook.edu.vn 27 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Trong liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát, cá c nối ép vào nhờ lực xiết bu lông Lực xiết bu lông cần đủ lớn để chịu cắt, ma sát thép đủ khả chống lại tr ượt Liên kết chịu ma sát yêu cầu bề mặt tiếp xúc nối phải làm khỏi sơn, dầu mỡ chất bẩn Cũng dùng liên kết bu lơng bị ép mặt, dịch chuyển nối đ ược ngăn cản thân bu lơng Các kích thước lỗ bu lông không vượt trị số bảng 2.1 Bảng 2.2 Kích thước lỗ bu lơng lớn Đường kính bu lơng Lỗ chuẩn Lỗ cỡ Lỗ ô van ngắn Lỗ ô van dài d (mm) Đường kính Đường kính Rộng x Dài Rộng x Dài 16 18 20 18 22 18 40 20 22 24 22 26 22 50 22 24 28 24 30 24 55 24 26 30 26 33 26 60 27 30 35 30 37 30 67 30 33 38 33 40 33 75 36 39 44 39 46 39 90 Lỗ cỡ dùng lớp liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát Không dùng lỗ cỡ liên kết kiểu ép mặt Lỗ van ngắn dùng lớp liên kết chịu ma sát ép mặt Trong liên kết chịu ma sát, cạnh dài lỗ ô van dùng không cần ý đến phương tác dụng tải trọng, liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ van cần vng góc với phương tác dụng tải trọng Lỗ ô van dài dùng lớp liên kết chịu ma sát liên kết chịu ép mặt Lỗ van dài dùng liên kết chịu ma sát không cần ý đến phương tác dụng tải trọng, liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ van cần vng góc với phương tác dụng tải trọng Trong xây dựng cầu, đường kính bu lơng nhỏ cho phép l 16 mm, nhiên không dùng bu lông đường kính 16 mm kết cấu chịu lực 2.1.3 Khoảng cách bu lông khoảng cách tới mép Việc quy định khoảng cách nhỏ nhất, khoảng cách lớn bu lông cũn g từ bu lơng tới mép cấu kiện nhằm mục đích khác Khoảng cách nhỏ bu lông đ ược quy định nhằm đảm bảo khoảng cách trống đai ốc không gian cần thiết cho thi công (xiết bu lông) Khoảng cách http://www.ebook.edu.vn 28 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD nhỏ từ bu lông tới mép cấu kiện quy định nhằm mục đích chống xé rách thép Khoảng cách lớn bu lông nh từ bu lông tới mép cấu kiện đ ược quy định nhằm đảm bảo mối nối chặt chẽ, chống ẩm v chống lọt bụi chống cong vênh cho thép Các yêu cầu khoảng cách bu lông v khoảng cách tới mép theo Ti chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 tóm tắt sau: Khoảng cách từ tim tới tim bu lông (theo ph ương) không nhỏ 3d, với d đường kính bu lơng Khoảng cách nhỏ từ tim lỗ tới mép cấu kiện (theo ph ương), hàm kích thước bu lơng dạng gia công mép, cho bảng 2.2 Khoảng cách từ tim lỗ tới mép (theo phương), nói chung, không đư ợc lớn lần chiều dày nối mỏng không lớn 125 mm Khoảng cách bu lông khoảng cách từ bu lông tới mép, ký hiệu t ương ứng s Le, minh hoạ hình 2.8 Các điều khoản đầy đủ chi tiết khoảng cách bu lông v khoảng cách tới mép tham khảo Tài liệu [2], mục 6.13.2.6 Bảng 2.3 Khoảng cách đến mép tối thiểu (mm) Đường kính bu lơng (mm) Các mép cắt Các mép tấm, hay thép hình cán mép cắt khí đốt 16 28 22 20 34 26 22 38 28 24 42 30 27 48 34 30 52 38 36 64 46 2.2 Liên kết bu lông chịu cắt: tr ường hợp phá hoại Trước xem xét cường độ cấp đặc trưng bu lông, cần nghi ên cứu trường hợp phá hoại khác xảy li ên kết bu lơng chịu cắt Có hai dạng phá hoại chủ yếu: phá hoại bu lông phá hoại phận liên kết Xét mối nối biểu diễn hình 2.3a Sự phá hoại bu lơng đ ược giả thiết xảy hình vẽ Ứng suất cắt trung bình trường hợp http://www.ebook.edu.vn 29 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD đó, P lực tác dụng lên bu lơng, A diện tích mặt cắt ngang bu lông v d đường kính Lực tác dụng đ ược viết Mặc dù lực tác dụng trường hợp khơng hồn tồn tâm đ ộ lệch tâm nhỏ bỏ qua Liên kết hình 2.4b tương tự phân tích cân lực phần thân bu lơng cho thấy rằng, diện tích mặt cắt ngang chịu nửa tải trọng toàn phần, hay, hoàn tồn tương đương, có hai m ặt cắt ngang tham gia chịu tải trọng toàn phần Trong trường hợp này, tải trọng trường hợp cắt kép (cắt hai mặt) Li ên kết bu lơng hình 2.3a với mặt chịu cắt đ ược gọi liên kết chịu cắt đơn (cắt mặt) Sự tăng bề dày vật liệu liên kết làm tăng số mặt phẳng cắt làm giảm lực tác dụng mặt cắt Tuy nhiên, điều làm tăng chiều dài bu lơng khiến cho phải chịu uốn Hình 2.3 Các trường hợp phá hoại cắt bu lơng Các tình phá hoại khác li ên kết chịu cắt bao gồm phá hoại phận liên kết chia thành hai trường hợp Sự phá hoại kéo, cắt uốn lớn phận đ ược liên kết Nếu cấu kiện chịu kéo liên kết, lực kéo mặt cắt ngang nguyên mặt cắt ngang hữu hiệu phải kiểm tra Tuỳ theo cấu tạo li ên kết lực tác dụng, phải phân tích cắt, kéo, uốn hay cắt khối Việc thiết kế li ên kết cấu kiện chịu kéo th ường tiến hành song song với việc thiết kế cấu kiện hai q trình phụ thuộc lẫn Sự phá hoại phận liên kết ép mặt gây thân bu lông Nếu lỗ bu lông rộng chút so với thân bu lông v bu lông giả thiết nằm lỏng lẻo lỗ chịu tải, tiếp xúc bu lông v phận liên kết xảy khoảng nửa chu vi bu lơng (h ình 2.4) Ứng suất biến thiên từ giá trị lớn A đến khơng B; để đ ơn giản hố, ứng suất trung bình, tính lực tác dụng chia cho diện tích tiếp xúc, đ ược sử dụng http://www.ebook.edu.vn 30 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Do vậy, ứng suất ép mặt tính với P lực tác dụng lên bu lơng, d đường kính bu lông t bề dày phận bị ép mặt Lực ép mặt , từ đó, Hình 2.4 Hình 2.5 Sự ép mặt bu lơng lên thép Ép mặt bu lông gần đầu cấu kiện gần bu lông khác Vấn đề ép mặt phức tạp h ơn có mặt bu lơng gần gần mép đầu cấu kiện theo phương chịu lực miêu tả hình 2.5 Khoảng cách bu lơng từ bu lơng tới mép có ảnh h ưởng đến cường độ chịu ép mặt 2.3 Cường độ chịu ép mặt Cường độ chịu ép mặt khơng phụ thuộc v loại bu lơng ứng suất xem xét phận liên kết bu lông Do vậy, cường độ chịu ép mặt yêu cầu khoảng cách bu lông v khoảng cách tới mép đầu cấu kiện, l đại lượng không phụ thuộc vào loại bu lông, xem xét trước bàn cường độ chịu cắt chịu kéo bu lông http://www.ebook.edu.vn 31 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Các quy định Tiêu chuẩn AISC cường độ chịu ép mặt nh tất yêu cầu bu lơng cường độ cao có sở quy định tiêu chuẩn RCSC, 2000 (Hội đồng nghiên cứu liên kết kết cấu) Phần trình bày sau giải thích sở công thức cho cường độ chịu ép mặt Ti chuẩn AISC AASHTO LRFD Một trường hợp phá hoại xảy ép mặt lớn l xé rách đầu cấu kiện liên kết minh hoạ hình 2.6a Nếu bề mặt phá hoại lý tưởng hoá biểu diễn hình 2.6b tải trọng phá hoại hai mặt ứng suất phá hoại cắt nhân với diện tích chịu cắt, hay Trong 0,6Fu Lc t ứng suất phá hoại cắt cấu kiện đ ược liên kết khoảng cách từ mép lỗ tới mép cấu kiện đ ược liên kết chiều dày cấu kiện liên kết Cường độ tổng cộng (2.1) Hình 2.6 Sự xé rách đầu cấu kiện Sự xé rách xảy mép cấu kiện liên kết, hình vẽ, hai lỗ theo phương chịu lực ép mặt Để ngăn ngừa biến dạng lớn lỗ, giới hạn đặt lực ép mặt đ ược cho công thức 2.1 Giới hạn tr ên tỷ lệ thuận với tích số diện tích chịu ép mặt ứng suất phá hoại, hay (2.2) Trong C số D đường kính bu lơng T chiều dày cấu kiện liên kết http://www.ebook.edu.vn 32 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Tiêu chuẩn AISC sử dụng công thức 2.1 cho c ường độ chịu ép mặt với giới hạn tr ên cho cơng thức 2.2 Nếu có biến dạng lớn, m điều thường xảy ra, C lấy 2,4 Giá trị tương ứng với độ giãn dài lỗ khoảng ¼ inch Như Theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -05 (cũng AASHTO LRFD), cường độ chịu ép mặt liên kết bu lông, chất, đ ược xác định sở phân tích Tuy nhiên, quy định trường hợp sức kháng ép mặt danh định thể khác biệt hình thức, cụ thể sau: Đối với lỗ chuẩn, lỗ cỡ, lỗ ô van ngắn chịu tác dụng lực theo ph ương lỗ ô van dài song song với phương lực tác dụng: Khi khoảng cách tĩnh lỗ bu lông không nhỏ h ơn 2d khoảng cách tĩnh đến đầu không nhỏ h ơn d: Rn = 2,4.d.t.Fu (2.3) Khi khoảng cách tĩnh lỗ bu lông nhỏ h ơn d khoảng cách tĩnh đến đầu nhỏ d: Rn = 1,2.Lc.t.Fu (2.4) Đối với lỗ ô van dài vuông góc với phương lực tác dụng: Khi khoảng cách tĩnh lỗ bu lông không nhỏ h ơn d khoảng cách tĩnh đến đầu không nhỏ h ơn d: Rn = 2,0.d.t.Fu (2.5) Khi khoảng cách tĩnh lỗ bu lông nhỏ h ơn d khoảng cách tĩnh đến đầu nhỏ 2d: Rn = Lc.t.Fu (2.6) đó, Lc khoảng cách trống, theo phương song song với lực tác dụng, từ mép lỗ bu lông tới mép lỗ gần kề tới mép cấu kiện t chiều dày cấu kiện liên kết d đường kính bu lơng Fu ứng suất kéo giới hạn cấu kiện đ ược liên kết (không phải bu lông) Trong tài liệu này, biến dạng xem xét góc độ thiết kế Cường độ chịu ép mặt tính tốn bu lơng đơn, vậy, tính , với hệ số sức kháng ép mặt bu lông l ên thép theo AISC theo AASHTO LRFD (1998) đó, http://www.ebook.edu.vn 33 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Lc khoảng cách trống, theo phương song song với lực tác dụng, từ mép lỗ bu lông tới mép lỗ gần kề tới mép cấu kiện t chiều dày cấu kiện liên kết Fu ứng suất kéo giới hạn cấu kiện đ ược liên kết (khơng phải bu lơng) Hình 2.7 Hình 2.7 miêu tả khoảng cách Lc Khi tính tốn cường độ ép mặt cho bu lông, sử dụng khoảng cách từ bu lông n ày đến bu lông liền kề đến mép the o phương lực tác dụng vào cấu kiện liên kết Đối với trường hợp hình vẽ, lực ép mặt tác dụng tr ên phần bên trái lỗ Do vậy, cường độ cho bu lơng tính với Lc khoảng cách hai mép lỗ cường độ cho bu lông tính với Lc khoảng cách tới mép cấu kiện liên kết Cho bu lông gần mép, dùng Cho bu lông khác, dùng , Le khoảng cách từ tâm lỗ tới mép s khoảng cách tim đến tim lỗ h đường kính lỗ Khi tính khoảng cách Lc, cần sử dụng đường kính lỗ thực tế (tức l rộng 1/16 inch so với đường kính thân bu lơng, theo AISC) hay đơn giản Khoảng cách bu lông khoảng cách tới mép Yêu cầu khoảng cách tối thiểu bu lông v từ bu lông tới mép có liên quan đến xé rách thép trình bày mục 2.1.3 Khoảng cách bu lông v khoảng cách từ bu lông tới mép, ký hiệu t ương ứng s Le, minh hoạ hình 2.8 http://www.ebook.edu.vn 34 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 2.8 Định nghĩa khoảng cách bu lơng v khoảng cách tới mép VÍ DỤ 2.1 Kiểm tra cường độ chịu ép mặt, khoảng cách bu lông v khoảng cách tới mép liên kết cho hình 2.9 Sử dụng bu lơng ASTM A307, đ ường kính 20 mm, thép kết cấu M270 cấp 250, mép cấu kiện dạng cán Lực kéo có hệ số 300 kN Hình 2.9 Hình cho ví dụ 2.1 Lời giải Thép kết cấu M270 cấp 250 có c ường độ chịu kéo Fu = 400 MPa Kiểm tra khoảng cách Khoảng cách thực tế bu lông = 65 mm > 3d = 60 mm (k hoảng cách nhỏ nhất) Khoảng cách thực tế tới mép = 30 mm > 26 mm (khoảng cách nhỏ nhất, bảng 2.2) Đường kính lỗ bu lơng để tính ép mặt h = d + mm = 22 mm Kiểm tra ép mặt kéo nút a) Cường độ chịu ép mặt kéo Lỗ gần mép http://www.ebook.edu.vn 35 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD < 2d = 40 mm Cường độ chịu ép mặt danh định đ ược tính theo cơng thức 2.4 Lỗ khác > 2d = 40 mm Cường độ chịu ép mặt danh định đ ược tính theo cơng thức 2.3 Cường độ chịu ép mặt cấu kiện chịu kéo l b) Cường độ chịu ép mặt nút Lỗ gần mép < 2d = 40 mm Cường độ chịu ép mặt danh định đ ược tính theo cơng thức 2.4 Lỗ khác > 2d = 40 mm Cường độ chịu ép mặt danh định đ ược tính theo cơng thức 2.3 Cường độ chịu ép mặt nút l Đáp số Cường độ chịu ép mặt nút l định → đảm bảo cường độ Khoảng cách bu lông khoảng cách tới mép ví dụ 2.1 l giống cấu kiện chịu kéo nút Chỉ có chiều dày chúng khác nhau, cần kiểm tra nút Trong trường hợp này, cần kiểm tra cấu kiện mỏng h ơn Nếu khoảng cách tới mép khác phải kiểm tra cấu kiện chịu kéo v nút http://www.ebook.edu.vn 36 ... đúng, (b) Cấu tạo http://www.ebook.edu.vn 24 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 27 2-05 AASHTO LRFD Chương LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Trong kết cấu thép nay, có hai loại liên kết thường... đổi nhiều theo cường độ chịu kéo; đó, c ường độ mỏi mối hàn không phụ thuộc vào loại thép liên kết http://www.ebook.edu.vn 22 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 27 2-05 AASHTO LRFD Ảnh... mục 2. 8 Hình 2. 1 http://www.ebook.edu.vn 25 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 27 2-05 AASHTO LRFD 2. 1 Cấu tạo liên kết bu lông Bu lông phân biệt bu lông th ường bu lông cường độ cao 2. 1.1