KẾT CẤU THÉP CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT GV: NGUYỄN VN HIU Tp HCM, Thỏng 02/2013 thép hình liên kết cấu kiện liên kết công trình thép ==== cÊu kiƯn ==== Liªn kÕt kÕt cÊu thÐp: liªn kết hàn; liên kết bulông; liên kết đinh tán C ĐIỂM CÁC LOẠI LIÊN KẾT a Liên kết hàn:  Ưu: - tiết kiệm từ 15÷20% trọng lượng thép tiết diện cấu kiện khơng bị kht lỗ; - kín, liên tục; - khả tự động hóa cao, tốn cơng chế tạo  Nhược: - khó kiểm tra chất lượng; - chịu tải trọng nặng tải trọng động kém, thường sinh ứng suất phụ → biến hình hàn, thép giịn b Liên kết bulơng:  Ưu: -thi công đơn giản, cho phép tháo lắp dễ dàng cơng trình tạm thời  Nhược: - tốn vật liệu; - lỗ tra bulông > bu lơng nên chịu tải có tượng biến dạng trượt liên kết Các bu lông không làm việc đồng → giảm khả chịu lực c Liên kết đinh tán:  Ưu: - chất lượng liên kết đảm bảo, dễ kiểm tra; - chịu tải trọng nặng chấn động;  Nhược: - tốn vật liệu; - tiết diện thép bị giảm yếu; - chế tạo thi công phức tạp A LIấN KT HN Đ1 Các phương pháp hàn kÕt cÊu thÐp Trong kÕt cÊu thÐp dïng ph­¬ng pháp hàn: - hàn hồ quang điện tay - hàn hồ quang điện tự động nửa tự động - hàn Hàn hồ quang điện tay a Nguyên lý Dưới tác dụng dòng điện, xuất hồ quang điện hai cực kim loại cần hàn que hàn Hai kim loại lỏng hòa lẫn với nhau, nguội lại tạo thành Hỡnh- 2.1: - S hn tay đường hàn h quang in Vậy chất đường hàn liên kết phân tử kim loại bị nóng chảy Đường hàn chịu lực tương đương thép b Que hàn Hàn hồ quang điện tay dùng que hàn lõi kim loại có thuốc bọc (thuốc hàn, 80% CaCO3) Đường kính lõi kim loại que hàn từ 1,66mm, chiều dài que hàn 200450mm Lớp thuốc bọc dày 11,5mm có tác dụng sau: - Khi cháy tạo nên lớp xỉ cách ly không khí xung quanh với kim loại lỏng, ngăn cản oxy nitơ lọt vào kim loại làm đường hàn trở nên giòn; - Tăng cường ion hóa không khí xung quanh làm hồ quang ổn định; - Trong thuốc hàn có bột số hợp kim làm tăng độ bền đường hàn Hàn hồ quang điện tự động nửa tự động lớp thuốc hàn Phễ r ải t huốc hàn u ống hút t huốc hàn Về nguyên lý hàn tự động giống hàn tay, khác que hàn bọc thuốc thay cuộn dây hàn trần Hình 2.2 Sơ đồ hàn hồ quang (đường kính 25 mm) điện tự động trình hàn thực máy tự động Dây hàn Dây hàn t r ần Má y hàn Thuốc hàn Thuốc hàn H quang chì m Ưu điểm: - Tốc độ hàn nhanh (gấp 10 lần hàn tay) - RÃnh chảy sâu nên chất lượng đường hàn tốt - Kim loại lỏng phủ lớp thuốc dày nên nguội dần, tạo điều kiện cho bọt khí thoát làm đường hàn đặc - Hồ quang cháy chìm lớp thuốc nên không hại sức khỏe thợ hàn Nhược điểm: - Chỉ hàn đường hàn nằm thẳng tròn, không dùng cho đường hàn đứng ngược vị trí chật hẹp, cao Trong trường hợp dùng phương pháp hàn nửa tự động: máy hàn di chuyển tay Hàn hồ quang điện lớp khí bảo vệ Cuộn dây hàn Cuộn dây hàn trần nhả tự K hí động qua thiết bị hàn dạng Đ iện cực hàn súng Khí dẫn từ bình phun Bì khí nh Cửa khí đồng thời hàn bảo vệ kim K híbảo vệ loại lỏng M y hàn Có hai loại khí dùng: K im l oạ i khí trơ argon, helium phương pháp hàn gọi tên Hình 2.3 Hàn hồ quang điện MIG (metal inert gas) dùng khí bảo vệ khí cacbonic gọi MAG (metal active gas) Đối với thép thông thường dùng cacbonic, hỗn hợp với khí trơ Phương pháp cho hồ quang ổn định, vùng chảy sâu, rộng, tốc độ hàn nhanh Các dây hàn dùng theo qui định riêng Hàn Hàn thường dùng để hàn kim loại mỏng để cắt thép Hỗn hợp cháy khí oxy axêtylen Oxy axêtylen nén hai bình riêng biệt, dùng ống mềm dẫn chúng đến mỏ hàn Khi hỗn hợp khí cháy, nhiệt độ lên tới 3200oC làm nóng chảy kim loại cần hàn kim loại phụ (thay que hàn để lấp đầy rÃnh hàn) Khi kim loại lỏng nguội tạo thành đường hàn Các yêu cầu hàn phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn a Các yêu cầu hàn Để đảm bảo chất lượng đường hàn, hàn cần thực số qui định sau đây: - Làm gỉ mặt rÃnh hàn; - Cường độ dòng điện phải thích hợp - Đảm bảo qui định gia công mép thép; - Có phương pháp phòng ngừa biến hình hàn; - Chọn que hàn phù hợp 10 - Phương pháp đo trực tiếp: dùng vòng đệm cứng, hình dạng đặc biệt, có mấu lồi Vòng đệm có mấu lồi Truớc xiết Sau xiết Hình 2.36 Vòng đệm có mấu lồi nguyên tắc xiết bulông 57 Đ8 Tính toán liên kết bulông Tính liên kết bulông chịu lực trục a Chọn đường kính bulông kích thước ghép Các liên kết cấu kiện nên dùng loại đường kính bulông Trong công trình thông thường nên dùng bulông d = 2024 mm, công trình nặng dùng bulông có d= 2430 mm KÝch th­íc b¶n ghÐp chän cho  Abg  A, (2.26) ®ã: Agb – tỉng diƯn tích tiết diện ngang ghép; A diện tích tiết diện cấu kiện liên kết Chiều rộng dài ghép lấy theo điều kiện bố trí đủ số bulông cần thiết Nên bố trí số bulông theo hàng tối đa để truyền lực theo chiều ngang cấu kiện (vuông góc với phương lực) Bản ghé p N N N N Hình 2.37 Liên kết bulông chịu lực trục 58 b Tính toán số lượng bulông theo chịu cắt ép mặt Đối với bulông thô, bulông thường bulông tinh, số lượng bulông cần thiết: N n [ N ] b  c (2.27); N min b =min{N vb ,N cb } C«ng thøc kiĨm tra bỊn cđa liªn kÕt: N  [ N ] b  c (2.28) n Cấu kiện bị giảm yếu lỗ bulông, kiểm tra bền thép theo c«ng thøc: N (2.29)  f. bl An N m Hình 2.38 Kiểm tra bền thép 59 u u ®ã: An diƯn tÝch tiÕt diƯn thùc thép lấy sau: bulông thô, bulông thường bulông tinh: - Khi bulông bố trÝ song song, tiÕt diƯn kiĨm tra lµ tiÕt diƯn 1-1: An = A- A1, ®ã A1= m.t d diện tích giảm yếu lỗ bulông gây ra, t- chiều dầy cấu kiện mỏng nhất; d1 - đường kính lỗ bulông s s - Khi bố trí bulông dạng a) b) so le diện tích giảm yếu lấy trị số lớn hai trị số sau: u + Giảm yếu lỗ xếp đường thẳng Hình 2.39 - Cách xác định diện tích thực 1-5; + Tổng diện tích ngang lỗ nằm đường chữ chi 60 1-2-3-4-5 trừ lượng s2t/(4u) cho đoạn đường chéo lỗ; bl hệ số ®iỊu kiƯn lµm viƯc, cho phÐp kĨ ®Õn sù lµm việc dẻo liên kết Đối với bulông cường độ cao số lượng bulông cần thiết N (2.30) tÝnh theo c«ng thøc: na  [ N ]tb  c N tb - khả chịu lực trượt bulông Kiểm tra bền thép bị giảm yếu lỗ bulông tiến hành theo (2.29) phần lực trượt tiếp nhận lực ma sát nên diện tích tính toán An có khác đi: Khi chịu tải trọng tĩnh: An = A nÕu An  0,85A; Khi An < 0,85A tÝnh theo diƯn tÝch qui ­íc Ac =1,18 An Khi chịu tải trọng động: dùng An để tính toán 61 Khi tính lấy bl = liên kết bulông cường độ cao không làm việc đàn dẻo 2.Tính toán liên kết bulông chịu kéo Khi liên kết bulông làm việc chịu kéo số lượng bulông cần thiết n tính theo công thức: n N N tb  c , N (2.31) ®ã N - lực kéo tác dụng vào liên kết; N tb khả chịu kéo Hình 2.31 Sự làm việc chịu kéo bulông bulông tính theo (2.25); N/2 N/2 Trong toán kiểm tra bền, số lượng bulông n đà biết nên N công thức kiểm tra cã d¹ng:  N tb  c n 62 (2.32) Khi bulông chịu cắt kéo đồng thời, độ bền chúng kiểm tra riêng rẽ theo công thức (2.28) (2.32) Tính toán liên kết bulông chịu mômen lực cắt Các mối liên kết bulông chịu M thường có chiều cao >> bề rộng vùng liên kết Gần tính toán coi M cân với tổng cặp ngẫu lực tác dụng lên Hình 2.40 Liên kết bulông dÃy đinh nằm đối xứng chịu mômen lực cắt qua trục liên kết b) max li i   M =  N i li = N1l1 + N2l2 + + Nili + , (2.33) Các lực Ni tính qua N1: 63 N 1l i Ni  l1 l1 V l2 V a) N1 2 Thay giá trị Ni vµo (2.33): M    l1  l   li2  l     Mlmax N1=Nmax=  li Gäi sè l­ỵng bulông dÃy phía liên kết m, ta có lực lớn tác dụng lên mét bul«ng M: N max Ml max NblM =  m m  li2 §iỊu kiƯn bỊn: N blM Ml max  m li2 (2.35)  N min b  c (2.36) Trong ®ã N min b =min{N vb ,N cb } 64 Với bulông cường độ cao N min b =N b tÝnh theo c«ng thøc (2.24) bul«ng: N blV V b) i (2.37) n -số lượng bulông trªn mét nưa liªn kÕt  l1    max l2 V  n V a) li Khi liªn kết bulông chịu đồng thời M V, tính toán coi V tác dụng lên Hình 2.40 Liên kết bulông Công thức kiểm tra bền chịu mômen lực cắt bulông tác dụng đồng thời M V: 2 N bl = N blM  N blV  N min b  c (2.38) Khi thiÕt kÕ nªn bè trÝ trước số bulông theo phương bề rộng cấu kiện để xác định li Từ tính giá trị Nmax tìm sơ 65 N max số bulông cÇn thiÕt m= (2.40) [ N ] b Ký hiệu bulông, đinh tán vẽ Bảng 2.12 Ký hiệu bulông, đinh tán Dạng lỗ bulông, đinh tán Ký hiệu d = 23 Lỗ tròn 25 20 Lỗ ôvan Đinh tán mũ cầu d = 22 Dạng lỗ bulông, đinh tán Bulông cố định (thô, thờng, tinh) Bulông tạm (thô, thường, tinh) Bulông cường độ cao 66 Ký hiƯu C - LIÊN KẾT ĐINH TÁN § KHÁI NIỆM CHUNG Cấu tạo đinh tán liên kết đinh tán: 1.1 Đinh tán: Là đoạn thép tròn đầu tạo mũ sẵn, đầu tán thành mũ sau tra đinh vào liên kết Chế tạo: dùng thép cắt thành Hình 2.28 Liên kết đinh tán đoạn dùng phương pháp dập hay rèn để chế tạo mũ đinh Vật liệu: loại thép dẻo CT2, CT3 thép hợp kim thấp 09Mn2) 67 1.1.2 Cấu tạo đinh: - Chiều dài đinh: Gồm phần: * Phần lấp đầy lỗ đinh sau tán xong * Phần tạo mũ l đ  1,12.   1,4 d ( mm ) (2.25) * Đường kính lỗ d  d  (  1,5 )( mm ) (2.26) Với: d : Đường kính đinh d0 12 14 16 18 20 22 24 27 30 d 13 15 17 19 21 23 25 28,5 31,5 (Kết cấu (Kết cấu (Kết cấu nhẹ) vừa) nặng) Đường kính liên kết đinh tán đường kính lỗ gọi đường kính tính tốn Khi tính tốn cho phép lấy d  d lô 68 1.1.3 Các loại đinh tán: Đinh tán gồm loại: - Đinh đầu bán cầu: Dùng phố biến Hình 2.29: Các loại đinh - Đinh đầu chìm; tán - Đinh đầu nửa chìm; - Đinh đầu cao: Dùng tổng bề dày thép    5d để tránh bị sứt mũ đinh 69 1.2 Các phương pháp tạo lỗ: Có phương pháp 1.2.1 Phương pháp đột: Ký hiệu loại C 1.2.2 Phương pháp khoan: Ký hiệu lỗ loại C 1.2.3 Phương pháp đột khoan: Ký hiệu lỗ loại B 1.2.4 Kỹ thuật tán đinh: Có cách: Tán nóng tán nguội § CẤU TẠO LIÊN KẾT ĐINH TÁN 2.1 Các hình thức liên kết đinh tán 2.1.1 Nối thép 2.1.2 Nối thép hình: 2.2 Bố trí đinh: 70 Hình 2.34 Bố trí đinh song Hình 2.35 Bố trí đinh so le song 71 ... mà chia ra: - Đường hàn góc cạnh - Đường hàn góc đầu a) N lw b) N N lw Tay Tù ®éng, nưa tù ®éng hf chiỊu dày thép dày tmax mm - 11 - 17 - 23 - 33 - 41 4-6 10 16 22 32 40 80 10 N Hình 2. 7 Các loại... chia N1 N2 Giá trị lực N1 = kN để tính Hình 2 .16 Liên kết thép góc với thép đường hàn sống, N2 = (1 - k)N để tính đường hàn mép e1 w1 e2 w2 27 Bảng 2. 7 Hệ số phân phối nội lực N liên kết thép. .. hàn Liên kết có ghép dùng cho thép hay thép hình a) c) t a) 50 b) Cắ vá t t b d) b) 10 -2 0 c) b Cắ vá t t >5 t 50mm Hình 2 .18 Liên kết có ghép thép 29 Hình 2 .19 Liên kết ghép thép hình 3 .2 Tính