Introduction to composite construction of buildings KẾT CẤU THÉP Chöông 0 Tổng quan veà Keát Caáu Theùp Chöông 1 Vaät Lieäu vaø Söï Laøm Vieäc cuûa KC Theùp Chöông 2 Lieân Keát Keát Caáu Theùp Chöôn.
KẾT CẤU THÉP Chương Tổng quan Kết Cấu Thép Chương Vật Liệu Sự Làm Việc KC Thép Chương Liên Kết Kết Cấu Thép Chương Dầm Thép Chương Cột Thép KẾT CẤU THÉP Chương VẬT LIỆU & SỰ LÀM VIỆC CỦA KCT NỘI DUNG I Vật liệu thép II Sự làm việc thép chịu tải trọng III Quy cách cán thép dùng xây dựng IV Phương pháp tính tốn KCT I VẬT LIỆU THÉP Định nghĩa Phân loại thép Cấu trúc thành phần hóa học Thép xây dựng Biểu đồ kéo thép – quan hệ - Định nghĩa - Luyện quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4…) Gang (hợp kim Fe C) với C ≥ 1,7% - Khử bớt C Thép - Nếu: + Lượng C ≥ 1,7% GANG + Lượng C < 1,7% THÉP Thành phần hóa học, phương pháp luyện khác nhiều loại thép Phân loại thép a Theo thành phần hóa học - Thép cacbon: %C < 2,0%, khơng có hợp kim khác + Thép cacbon đặc biệt cao (C=1,0-2,0%): độ cứng cao, dùng làm dụng cụ dao cắt, búa, … + Thép cacbon cao (C=0,6-1,0%): độ bền cao, dùng làm lị xo, nhíp xe … + Thép cacbon vừa (C=0,3-0,6%): chống bào mòn tốt, dùng làm thép định hình ứng dụng khí + Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, rèn, dùng nhiều xây dựng: thép cán nguội, … THÉP XÂY DỰNG Phân loại thép a Theo thành phần hóa học - Thép hợp kim: Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền) … nâng cao chất lượng thép, cứng thép carbon + Thép hợp kim cao (tổng hàm lượng > 10%) Vd: thép Mn cao 13% dùng cho môi trường chịu ăn mịn cao gầu xúc, xích xe tăng, … + Thép hợp kim vừa : tổng hàm lượng hợp kim 2,5-10% + Thép hợp kim thấp THÉP XÂY DỰNG (%hk < 2,5%) Phân loại thép b Theo phương pháp luyện thép - Luyện lò quay - Luyện thép lò (lò Martin) c Theo mức độ khử oxy Thép lỏng rót vào khuôn để nguội cho kết tinh lại Tùy phương pháp để lắng nguội: - Thép sôi: chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại dịn lão hóa - Thép tĩnh: đắt thép sôi, dùng công trình chịu tải trọng động, cơng trình quan trọng - Thép nửa tĩnh: trung gian hai thép Cấu trúc thành phần hóa học thép Cấu trúc thép carbon thấp [µm] a Cấu trúc thép - Cấu trúc vi mô thép bao gồm thành phần sau: Ferit (99% thể tích): hạt màu sáng, có tính mềm, dẻo Xementit (hợp chất sắt cacbua Fe3C): cứng dòn - Xementit hỗn hợp với Ferit thành Peclit, lớp mỏng màu thẫm nằm hạt Ferit Lớp Peclit bao quanh hạt Ferit định làm việc tính chất dẻo thép Thép nhiều C màng Peclit dày, thép cứng Cấu trúc thành phần hóa học thép 10 b Thành phần hóa học thép - Thép cacbon ngồi thành phần Fe C, cịn có: Mn: tăng cường độ, độ giai thép, > 1,5% thép giòn Si: chất khử oxy, cho vào thép tĩnh làm tăng cường độ, giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn < 0,3% với thép cacbon thấp P: giảm tính dẻo, độ dai va đập, thép giịn nhiệt độ thấp S: làm thép giịn nóng to cao dễ bị nứt hàn, rèn N, O2: làm thép bị giòn, giảm cường độ - Thép hợp kim: thêm vào thép cacbon Cu, Ni, Cr, Ti, … làm tăng tính học, tăng độ bền chống gỉ, … Sự phá hoại giòn thép 23 c Chịu tải trọng lặp Tải trọng lặp mỏi vật liệu phá hoại dòn ứng suất phá hoại ff (n,) < b Sự phá hoại giòn thép 24 d Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ dương: t = 200-300oC : đặc tính thép thay đổi t = 300-330oC : thép giòn t = 500oC : c= 140MPa t = 600oC : c= 40MPa t = 600-650oC : c= 0MPa t = 700oC : thép đỏ hồng t > 1500oC : thép bắt đầu chuyển sang thể lỏng Nhiệt độ âm: t = - 45 - 60oC thép dòn, dễ nứt Sự phá hoại giòn thép 25 a b c d e f Hiện tượng cứng nguội Trạng thái ứng suất phức tạp Chịu tải trọng lặp Ảnh hưởng nhiệt độ Sự hóa già thép Độ giai va đập III QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 26 Thép hình Thép Thép hình dập, cán nguội Thép hình 27 a Thép góc: dài 4÷13m Thép góc cạnh theo TCVN 1656:1993 Vd: L40x4 Số hiệu từ L20x3 - L250x35 Thép góc khơng cạnh theo TCVN 1657 : 1993 Vd: L63x40x4B Từ L30x20x3 - L200x150x25 Cấp xác chế tạo: A : cấp xác cao B : cấp xác thường Thép góc ứng dụng Thép hình 28 b Thép chữ I : dài 4÷13m Thép chữ I theo TCVN 1655-75 Vd: I30 Số hiệu từ I10 - I60 Từ I18 – I30 có thêm tiết diện cánh rộng, vd : I22a Dùng làm Dầm chịu uốn, cột: độ cứng theo phương trục x lớn, tăng cường độ cứng theo trục y cách mở rộng cánh tổ hợp Bất lợi: cánh hẹp vát bên khó liên kết Thép chữ I ứng dụng Thép hình 29 c Thép chữ [ : dài 4÷13m Thép chữ [ theo TCVN 165475 Vd: [ 22 [5 - [40, từ [14 – [24 có thêm tiết diện cánh rộng dày hơn, vd : [22a Thép [ dùng làm Liên kết thuận lợi, liên kết cánh bất lợi Dầm chịu uốn, đặc biệt xà gồ mái, cột – tiết diện tổ hợp Thép chữ [ ứng dụng Thép hình 30 d Các loại thép hình khác Thép chữ I cánh rộng h lên đến 1000mm Cánh có mép song song dễ liên kết Dùng làm dầm, cột Giá thành cao Thép ống: Chịu lực tốt, chống xoắn tốt Dùng kết cấu dàn, cột Thép hình khác Thép 31 - - - Thép phổ thông: kết cấu bản, … - dày 4-60mm - rộng 160-1050mm - dài – 12 m Thép dày: kết cấu bản, … - dày – 160 mm - rộng 600 – 3000 mm - dài – m Thép mỏng: tạo thành mỏng cán nguội - dày 0,2 – mm - rộng 600 – 1400 mm - dài 1,2 – m Thép hình dập, cán nguội 32 - Cán nguội từ thép mỏng (1-8mm) kết cấu thành mỏng - Dùng cấu kiện chịu lực nhỏ : xà gồ mái, tôn lợp mái, … - Tham khảo tiêu chuẩn nước eurocode Thép cán nguội IV PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KCT 33 Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn Tải trọng tác động Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn 34 TTGH: trạng thái mà kết cấu không thỏa mãn yêu cầu đặt TTGH 1: khả chịu lực không sử dụng - Phá hoại bền - Mất ổn định, cân vị trí, kết cấu bị biến đổi hình dạng NS N: nội lực kết cấu S: khả chịu lực kết cấu TTGH 2: kết cấu khơng sử dụng bình thường đươc - Bị võng, lún, bị nứt, bị rung [] : biến dạng, chuyển vị kết cấu []: biến dạng, chuyển vị cho phép Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn 35 Cường độ tiêu chuẩn Xác định dựa phương pháp thống kê, độ tin cậy > 0,95 Thép có biến dạng chảy dẻo: fy=c Thép khơng có biến dạng chảy trường hợp cho phép kết cấu làm việc chảy dẻo fy=b Sự thay đổi cường độ đàn hồi thép Fe E355 Thực 60 thí nghiệm kéo Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn 36 C độ tính tốn = C độ tiêu chuẩn / hệ số an tồn vật liệu M Ký hiệu Cường tính tốn Kéo, nén, uốn - theo giới hạn chảy - theo giới hạn bền f ft f=fy/ M ft=fu/ M Trượt fv fv=0,58fy/ M Ép mặt lên đầu mút (khi tì sát) fc fc=fu/ M Ép mặt khớp trụ tiếp xúc chặt fcc fcc=0,5fy/ M Ép mặt theo đường kính lăn fcd fcd=0,025fy/ M Trạng thái làm việc M= 1,05 thép có c 380MPa V TÍNH TỐN CẤU KIỆN 37 Cấu kiện chịu kéo tâm Cấu kiện chịu uốn Cấu kiện chịu nén tâm Cấu kiện chịu kéo lệch tâm, nén lệch tâm ... liên kết Dùng làm dầm, cột Giá thành cao Thép ống: Chịu lực tốt, chống xoắn tốt Dùng kết cấu dàn, cột Thép hình khác Thép 31 - - - Thép phổ thông: kết cấu bản, … - dày 4-60mm - rộng 16 0 -10 50mm... độ Sự hóa già thép Độ giai va đập III QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 26 Thép hình Thép Thép hình dập, cán nguội Thép hình 27 a Thép góc: dài 4? ?13 m Thép góc cạnh theo TCVN 16 56 :19 93 Vd:... động, cơng trình quan trọng - Thép nửa tĩnh: trung gian hai thép Cấu trúc thành phần hóa học thép Cấu trúc thép carbon thấp [µm] a Cấu trúc thép - Cấu trúc vi mơ thép bao gồm thành phần sau: