Đề cương kết cấu thép

Đề cương kết cấu thép

ĐỀ CƯƠNG KẾT CẤU THÉP

Câu 1: Ưu, nhược điểm? Phạm vi sử dụng kết cấu thép?

Trả lời:

Ưu điểm:

- Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao: Do thép có cường độ lớn (lớn nhất trongcác loại vật liệu xây dựng) Độ tin cậy cao do cấu trúc thuần nhất, thép làm việcđàn hồi dẻo gần với tính toán

- Tải trọng nhẹ: Kết cấu thép nhẹ nhất trong các loại kết cấu (chỉ tiêu so sánh là c

- Tính kín: Không thấm nước, thấm khí, nên rất phù hợp làm những kết cấu chứachất lỏng, chất khí

- Nhà công nghiệp

- Nhà nhịp lớn: Nhịp lớn hơn 30÷40m như nhà hát, nhà thể dục thể thao…

- Khung nhà nhiều tầng: Đòi hỏi độ cứng lớn

- Cầu đường bộ, cầu đường sắt

- Kết cấu tháp cao: Cột điện, tháp truyền hình…

- Kết cấu bản: Bể chứa dầu, chứ khí

- Kết cấu di động: Cầu trục, cửa van…

Câu 2: Cấu trúc, thành phần của thép Sự làm việc của thép khi chịu các loại tải trọng?

Trả lời:

Cấu trúc thép: Thép có cấu trúc mạng tinh thể gồm hai tổ chức

- Ferit: Chiếm 99% thể tích, có tính mềm và dẻo

- Xenmetit: (Fe3C) Có tính giòn và cứng.

Thành phần hóa học: Ngoài hai thành phần chính là Fe và C còn có :

- Mangan:( Mn) Tăng cường độ và độ dai cho thép, giảm ảnh hưởng xấu của lưuhuỳnh Nhưng nếu hàm lượng quá lớn sẽ làm thép bị giòn

- Silic: (Si) Là chất khử O2 nên cho vào đối với thép tĩnh Làm tăng cường độ củathép nhưng làm giảm thể tích chống gỉ, tính dễ hàn Vì vậy phải khống chế hàmlượng Si

- Ngoài những chất trên thép còn có thêm một số chất có hại như: Photpho làmgiảm tính dẻo; lưu huỳnh làm thép giòn và nóng; oxi, nito làm thép giòn vàgiảm cường độ

Sự làm việc của thép:

- Chịu kéo: Khi tăng tải từ từ thép làm việc chia làm ba giai đoạn

+ Giai đoạn 1: Ứng suất và biến dạng quan hệ tuyến tính, vật liệu làmviệc tuân theo định luật Húc σ = ε*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miềnE Giai đoạn này, thép làm việc trong miềnđàn hồi

+ Giai đoạn 2: (Giai đoạn chảy) Biến dạng tăng mạnh nhưng ứng suấtkhông tăng

+ Giai đoạn 3: Qua giai đoạn chảy, thép lại chịu lực, quan hệ ứng suất vàbiến dạng là đường cong thoải, biến dạng tăng đến khi thép bị kéo đứt, ta đượcgiới hạn bền của thép

- Chịu nén: Tương tự như thép chịu kéo Ekéo = Enén

- Hiện tượng cứng nguội: Hiện tượng tăng tính giòn của thép sau khi biến dạngdẻo ở nhiệt độ thường Sau khi biến dạng dẻo, thép cứng hơn, tính đàn hồi caohơn, biến dạng khi phá hoại nhỏ hơn Đây là hiện tượng thép tăng tính đàn hồi

do bị biến dạng dẻo trước Biến cứng nguội làm tăng cường độ của thép nhưnglại làm thép giòn hơn

- Tải trọng lặp: Khi thép chịu tác dụng của một tải trọng lặp đi lặp lại trong mộtthời gian, thép có thể bị phá hoại ở ứng suất nhỏ hơn ứng suất bền Hiện tượngnày còn gọi là hiện tượng mởi của thép Sự phá hoại xảy ra đột ngột, sinh vếtnứt, mang tính chất của phá hoại giòn

Câu 3: Số hiệu của thép trong xây dựng? Quy cách thép cán trong xây dựng và sử dụng?

- S: Thép tự nguội ở điều kiện bình thường, oxi tự thoát ra tự nhiên Ngoài racòn có ký hiệu là n: thép nửa tĩnh.

- Thép cường độ cao: VD 09Mn2

09: Hàm lượng cacbon là 0,09%

Mn: Chất cho thêm vào thép2: Hàm lượng Mn từ 1÷2%

Quy cách thép cán và sử dụng:

- Thép hình cán nóng:

+ Thép góc đều cạnh, không đều cạnh:( ký hiệu tự xem) được sử dụnglàm thanh của dàn, liên kết các loại thép khác nhau tạo thành cấu kiện tổhợp như cột rỗng, dầm chữ I

+ Thép chữ I: Dùng làm dầm chịu uốn hoặc làm cột

+ Thép chữ : Làm dầm chịu uốn, cột, dàn cầu, dễ liên kết với các kếtcấu khác, làm xà gồ chịu uốn xiên

+ Các loại thép hình khác: Thép I cánh rộng, thép ống, thép T, thépray…

- Thép tấm:

+ Thép tấm phổ thông: Chiều dày khoảng 4÷60mm+ Thép tấm dày: Chiều dày khoảng 4÷160mm+ Thép tấm mỏng: Chiều dày từ 0.2÷4mm

- Thép hình dập, cán nguội: Làm từ thép tấm mỏng dầy từ 2÷16mm mang dập,rồi cán nguội rồi ra thành phẩm Có đầy đủ các loại tiết diện như thép hình cánnóng nhưng có thành mỏng và nhẹ hơn Vì vậy được sử dụng cho các kết cấunhẹ, chịu lực nhỏ cần độ cứng lớn Nhưng chống gỉ rất kém

Câu 4: Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn, tải trọng và tác động?

Trả lời:

Trạng thái giới hạn 1: Trạng thái mất khả năng chịu lực hoặc không còn khả năng sử dụng được nữa

N≤SN: Nội lực trong cấu kiện đang xét

S: Nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được

N: Tải trọng lớn nhất được lấy ra từ tổ hợp tải trọng tính toán lớn nhất của kết cấu

S: Phụ thuộc vào đặc trưng hình học và đặc trưng cơ học của cấu kiện:

y c c

∆: Biến dạng, chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn

  : Biến dạng chuyển vị lớn nhất cho phép để kết cấu có thể sử dụng bình thường được

- Tải trọng tính toán: Là tải trọng tiêu chuẩn nhân thêm hệ số vượt tải

- Tổ hợp tải trọng; Là tổ hợp tất cả các trường hợp tải trọng có thể tác dụng đồngthời lên kết cấu tại một thời điểm Gồm tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tảitrọng đặc biệt

Câu 5: Ưu nhược điểm của liên kết hàn so với liên kết đinh tán? Các phương pháp hàn cơ bản trong kết cấu thép, yêu cầu và kiểm tra đường hàn?

Trả lời:

So sánh ưu, nhược điểm của liên kết hàn và liên kết đinh tán.

Ưu điểm - Giảm công chế tạo và khối

lượng vật liệu

- Hình thức cấu tạo liên kếtđơn giản

- Liên kết bền và kín

- Chịu tải trọng động tốt

- Ứng suất liên kết hàn tăng,làm tăng tính giòn của vậtliệu Do đó kết cấu chịu tảitrọng động kém.

- Khó kiểm tra đường hàn

- Liên kết không kín

Các phương pháp hàn cơ bản:

- Hàn hồ quang điện bằng tay

- Hàn hồ quang điện tự động, nửa tự động dưới lớp thuốc hàn

- Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

- Hàn hơi

Các yêu cầu chính khi hàn:

- Làm sạch gỉ trên rãnh hàn

- Cường độ dòng điện phải phù hợp

- Đảm bảo quy định về gia công mép bản thép

- Có các phương pháp phòng ngừa biến hình hàn

- Chọn que hàn phù hợp

Các phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn:

- Kiểm tra bằng mắt thường: Chỉ phát hiện được những sai sót bên ngoài như mặtđường hàn không đều, lồi lõm, nứt rạn…

- Kiểm tra bằng phương pháp vật lí như: Điện tử, quang tuyến, siêu âm…Phươngpháp này cho kết quả chính xác, dùng cho những kết cấu chịu lực đặc biệt nhưbể chứa, đường ống…

(phần liên kết này hỏi thi khá nhiều,an hem cố gắng đọc thêm sgk)

Câu 6:

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền Các phương pháp hàn :

-Hàn hồ quang điện bằng tay

-Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động dưới lớp thuốc hàn

-Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

(đọc them SGK trang 50-52 )

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền Các loại đường hàn :

- Dựa theo cấu tạo : - đường hàn đối đầu

- đường hàn góc : hàn góc đầu

Hàn góc cạnh

- Dụa theo công dụng : - hàn chịu lực

- hàn không chịu lực

- Vị trí trong không gian : - hàn nằm

- hàn ngang

- hàn ngược

-Địa điểm chế tạo : - nhà máy - công trường

-Tính liên tục của đường hàn : - hàn liên tục

- hàn không liên tục

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền Ta chỉ xét sự làm việc 2 loại đường hàn cơ bản là đường hàn góc và đường hàn đốiđầu

-Đường hàn đối đầu : ưu điểm : + truyền lực tốt

+ đường lực không bị dồn ép và uốn cong

+ ứng suất tập trung rất nhỏ

+ Đường hàn coi như phần kéo dài thanh cơ bản nênlàm việc giống như thép cơ bản

-Đường hàn góc :

Thực chất đường hàn góc cạnh chịu đồng thời cả ứng suất cắt và uốn

Trong tính toán coi như nó chỉ chịu phá hoại theo 2 mặt cắt 1 ,2

f c f

thuc

f

f h

A

l

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miềnTính toán đường hàn đối đầu :

-Chịu lực trục : w w (w )

w

t c c

N f A

w wv

w

t c c

c

N

f A

N

f A

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miềnTính toán liên kết hỗn hợp :

-quá trình truyền lực :

+ Kiểm tra các TPLK:

-liên kết hàn tại D : chịu lực Nf,chọn chiều caco tiết diện đường hàn hf

w min

w min

( )

N

f A

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miềnLk chồng,liên kết bản ghép chồng ,liên kết hàn góc chịu momen và lực cắt (phần nàychú ý ví dụ 2.3 sgk 72)

Câu 8: Cấu tạo và phân loại bê tông :

a,Cấu tạo bulông:

dblthuong =12  48(mm)

Với bu long neo d=100(mm)

Chiều dài phàn không ren dày hơn tập

Bản thép liên kết 23cm

l0 = 2,5d

l= 35300mm

Mũ,êcu thuwowgf là lục giác ,kích

thước như nhau.Long ben (đệm) hình

tròn dùng để phân phối áp lực cua ecu

lên mặt thép cơ bản

b,phân loại bu long anh em đọc trên vở của thầy cho ghi hoặc sách

s h=0,6d

l l0

2d

Câu 9:

+)Sụ làm việc bu long thô,thường ,tinh :

- Các giai đoạn chiu lực :

+ gd1 :Do vặn ecu nên bulong chịu kéo và các bản thép bị xiết chặt ,giữa cácmặt tiếp xúc của các bản thép hinhg thành lực ma sát.Tuy nhiên lực ma sátkhông đủ lớn để tiêp nhận hoàn toàn lực trượt do tải trọng gây nên.Khi chiu lựctrượt sự làm việc của bu long này làm việc theo 4 giai đoạn :

+ ) giai đoạn 2 :tăng tải trọng ngoài ,lực ma sát trượt > lực ma sát ,bản thép trượttương đối ,thân bu long ép sát thành lỗ

+)gd3 : Lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu bằng sụ ép sát các than bu lông lênthành lỗ.Thân bu long tì sát vào thành lỗ

+)gd4 :Lực trượt tăng >độ chặt liên kết giảm >lực ma sát giảm > lk chuyển sanglàm việc ở giới hạn dẻ.LK bị phá vỡ

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền)Khả năng làm việc chịu cắt bê tông :

Khi đường kính bu long nhỏ bản thép dày ,bu long có thể bị phá hoại ngang thân

 Nvb  fvb b A nv

f vb : cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bu lông

(tra bảng 1.10 phụ lục 1)

b

 : hệ số Đk làm việc của lk bu long (bảng 2.8)

A :diện tích tiết diện ngang của thân bu long (phần koren ) (bảng 2.9)

d : đường kính thân bu long

nv : số lượng mặt cắt tính toán của bu long

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền)Khả năng ép mặt của bulong :

f :phụ thuộc VL thép và phương pháp tạo lỗ

(bảng 1.11 phụ lục I)

 N bmin min(   N vb; N cb)+)Sự làm việc bu long cường độ cao :

Lực ma sát giữa các bản thép hoàn toàn tiếp nhận lực trượt do ngoại lực gây nên

>bulong chỉ chịu kéo do xiết chặt ecu không chịu cắt

- Khả năng chịu trượt :

f : f hb 0,7.f ubCường độ chịu kéo của vật liệu buloong

Ab : diện tích thực của tiết diện thân bu long

f

n :số mặt mặt bằng ma sát tính toán

 : hệ số ma sát bảng 2.10

câu 10 : Câu này an hem chỉ cần đọc ra các công thức hay dùng khi tính toán là

được.Thằng Chung nó lười(giống tớ)nên ko thèm ghi ra.Có gì tìm nó mà xử nhé !

Câu 11, Bố trí bu lông ?

Trả lời:

- Việc bố trí bu lông phải đảm bảo yêu cầu truyền lực tốt, cấu tạo đơn giản và dễ chế tạo

- Có hai cách bố trí bu lông là : bố trí song song và bố trí so le Tùy theo kích thước bản thép và số lượng bu lông mà chọn cách bố trí cho hợp lý.

- Bố trí bu lông sao cho khoảng cách nhỏ nhất đảm bảo độ bền của bản thép và không gian tối thiểu để vặn êcu( hoặc tán đinh)

- Bố trí khoảng cách lớn nhất phải đảm bảo ổn định của phần bản thép giữa các bu lông( đối với cấu kiện chịu nén) và độ chặt của liên kết, tránh không cho nước, hơi, bụibẩn lọt vào trong liên kết gây ăn mòn thép

- Đối với các liên kết chịu lực nên bố trí theo khoảng cách tối thiểu, để liên kết gọn và đỡ tốn thép

- Đối với thép hình thì vị trí các dãy bu lông được quy định sẵn theo kích thước tương ứng của từng loại thép hình Đối với thép góc có bề rộng cánh b<100mm chỉ bố trí 1 dãy bu lông trên cánh, khi b 100mm bố trí 2 dãy

- ( Quy ước: Đường đinh : các bu lông trên đường thẳng

Dãy đinh : Các đường đinh nằm song song với phương của lực tác dụngHàng đinh : Các đường đinh vuông góc với phương của lực

Bước đinh: Khoảng cách của 2 bu lông trên đường đinh.)QUY ĐỊNH BỐ TRÍ BU LÔNG VÀ ĐINH TÁN

 Khoảng cách giữa trọng tâm của hai bu lông hay đinh tán theo phương bất kì:

- Nhỏ nhất: Bu lông: 2,5d

Đinh tán: 3d

- Lớn nhất trong các đường đinh ở biên khi không có thép góc viền đối với các cấu kiện chịu nén và kéo: 8d hay 12t

- Lớn nhất: trong các đường đinh ở giữa và ở biên khi có thép viền:

Chịu nén: 12d hay 18fChịu kéo: 16d hay 24f

 Khoảng cách từ trọng tâm bu lông hay đinh tán đến biên của cấu kiện:

- Nhỏ nhất dọc theo lực: 2d

- Nhỏ nhất theo phương vuông góc với lực:

Khi mép bản thép bi cắt: 1,5dKhi mép bản thép đc cán: 1,2d

- Lớn nhất: 4d hay 8f

- Nhỏ nhất: đối với bu lông cường độ cao hay mép bất kì trong hướng bất kì: 1,3d

( Với d: đường kính lỗ bu lông t : chiều dày bản mỏng nhất ở ngoài)

Tham khảo thêm hình vẽ trong sách trang87

Câu 12: Phân loại dầm và hệ dầm, lựa chọn chiều dày và nhịp của bản sàn?

Trả lời:

a, Phân loại dầm và hệ dầm:

*E Giai đoạn này, thép làm việc trong miền Dầm: Theo đặc điểm cấu tạo tiết diện, chia dầm thép làm 2 loại: Dầm chính và dầm tổ hợp

+ Dầm hình:

- Là dầm được làm từ 1 thanh thép hình, có các tiết diện dạng chữ I,C, L…

- Ưu điểm là đơn giản, giảm công chế tạo

- Nhược điểm là khả năng chịu lực giới hạn, chưa tiết kiệm được kim loại, đặc biệt là các dầm vượt nhịp lớn chịu tải trọng bé

+ Dầm tổ hợp:

- Là dầm mà các tiết diện được tạo thành từ các thép bản,thép hình hoặc hỗn hợp cả thép bản và thép hình

- Chia thành 3 loại là dầm hàn, dầm bu lông, dầm đinh tán So với dầm đinh tán thì dầm hàn ít tốn vật liệu, nhẹ hơn chi phí chế tạo ít hơn nên sử dụng phổ biến hơn.Tuy nhiên dầm đinh tán chịu chấn đọng và tải trọng động tốt hơn dầm hàn nên thường được sử dụng để làm dầm cầu, dầm cầu chạy….( chỉ áp dụng cho nhịp và tải trọng lớn do chế tạo rất phức tạp và tốn kém)

- Ưu điểm: Khả năng chịu lực lớn,tiết kiệm vật liệu

- Nhược điểm: Dễ mất ổn định nên phải thêm các sườn ngang sườn dọc do đó tốncông chế tạo

 Hệ dầm:

Việc bố trí, sắp đặt các dầm theo một trật tự nào, quy luật nào đó tạo thành hệ dầm chịu lực và truyền tải trọng Tùy theo mặt bằng sàn và cách sắp xếp, tổ hợp các dầm trong hệ người ta chia thành 3 loại sau:

- Hệ dầm đơn giản:

+ Là hệ chỉ có 1 hệ thống các dầm bố trí song song với cạnh ngắn của ô sàn(dầm sàn)

+ Trực tiếp đỡ bản sàn, chịu mọi tác dụng từ bản sàn và truyền xuống tườngđỡ hoặc các kết cấu bên dưới

+ Bản sàn làm việc như bản kê 2 cạnh( dầm sàn) nên độ cứng và khả năng chịu lực của hệ không lớn

+ Chỉ thích hợp với sàn chịu tải trọng bé và cạnh ngắn của sàn không lớn

- Hê dầm phổ thông :

+ Là hệ gồm 2 hệ thống dầm đặt vuông góc với nhau và song song với 2 cạnh của ô sàn

+ Dầm đặt song song với cạnh dài của ô sàn, tựa lên cột hoặc các kết cấu khác là dầm chính.Dầm đặt song song với cạnh ngắn của ô sàn, tựa lên dầm chính và truyền tải trọng lên dầm chính là dầm phụ.

+ Bản sàn liên kết với dầm trên suốt chu vi và làm việc như bản kê 4 cạnh + Phù hợp với các công trình có tải trọng không lớn( q 3000daN/R)m2) và kích thước sàn không quá lớn( 36  12m)

- Hệ dầm phức tạp:

+ Là hệ gồm 3 hệ thống dầm: dầm chính đặt song song với cạnh dài của ô bản, dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn của ô và dầm sàn đặt vuông góc với dầmphụ

+ Đây là 1 hệ có cấu tạo phức tạp, tốn công chế tạo vì vậy chỉ thích hợp khi tải trọng q 3000daN/R)m2

+ Các dầm trong hệ liên kết với nhau theo 1 trong 3 cách: liên kết chồng, liên kết bằng mặt và liên kết thấp

+ Liên kết chồng là cách cho dầm nọ gác lên dầm kia LK này đơn giản, dễ lắp ghép nhưng làm tăng chiều cao của hê sàn, bản sàn gối lên 2 cạnh nên độ cứng và khả năng chịu lực của sàn không cao vì vậy chỉ nên áp dụng cho các sàn nhỏ.+ Liên kết bằng mặt là cách cấu tạo sao cho cánh trên của các dầm đều cùng nằm trên một cao đô Về mặt cấu tạo thì nó phức tạp hơn liên kết chồng, nhưng sử dụng nó làm giảm chiều cao của hệ sàn hoặc có thể tăng chiều cao dầm Bản sàn được kê trên cả 4 cạnh nên độ cứng và khả năng chịu lực đều tăng

( Liên kết chồng và bằng mặt sử dụng trong hệ dầm phổ thông)

+ Liên kết thấp là liên kết mà mặt trên của dầm phụ đặt thấp hơn dầm chính, còn dầm sàn và dầm chính bằng mặt với nhau Thường sử dụng trong hệ dầm phức tạp Ưu điểm: tương tự liên kết bằng mặt.Nhược: bản sàn kê trên 2 cạnh nên độ cứng thấp hơn và cấu tạo rất phức tạp

Tùy vào giải pháp cấu tạo mà chọn liên kết khớp hay ngàm

(Anh em nên vẽ thêm hình vào)

b, Lựa chọn chiều dày ts và nhịp bản sàn ls:

- Sơ đồ tính: Bản sàn đc hàn vào cánh dầm, cắt 1 dải bản rộng 1đơn vị (1mm) ta được

sơ đồ tính là sơ đồ dầm có 2 gối cố định chịu tải phân bố đều q

- Tiết diện sơ bộ: ts được chọn sơ bộ theo tải trọng tác dụng trên sàn ( bảng 3.1 sgk

trang 109) sau đó xác định ls theo công thức: 0 4 1

0

1 15

s

c s

Trong đó: n0 là nghịch đảo của độ võng tương đối cho phép,  

E: mô đun đàn hồi; :hệ số poát xông, thép: = 0,3

- Kiểm tra tiết diện đã chọn

0

0 0

0

4 0

2

0

; 1

; 1

384

5

; 8

M

M

EI

ql ql

M

Trong đó  tính theo công thức ơle:  

2 0 2

M A

Câu 13: Chọn tiết diện, thiết kế và kiểm tra khả năng chịu lực?

Trả lời:

a, Chọn tiết diện:

Sơ đồ tính: là dầm đơn giản 2 đầu khớp( Giải thích: xem đồ án)

Theo sơ đồ kết cấu ta xác định được M và V.Mô men kháng uốn yêu cầu của tiết diện phải thỏa mãn:

c

x yc

M W

W



1

max ,



 trong đó c1 là hệ số kể đến sự phát triển biến dạng dẻo của thép.Sau đó chọn số hiệu thép

b, Kiểm tra khả năng chịu lực:

- Kiểm tra bền:

w

x f It

Trong đó: lz là chiều dài phân bố quy đổi lực tập trung dọc theo mép trên của bản bụng: l z b 2 (t fd r); r là bán kính cong chuyển tiếp từ bụng sang cánh( tra bảng)

- Độ võng:    

l EI

ql l

3

384

5

trong đó  l  tra bảng

Khi kiểm tra không thỏa mãn bền và độ võng thì cần chọn thép hình có số hiệu lớn hơn và kiểm tra lại

xn b

f W

- Ổn định cục bộ

+ Bản cánh nén: b t E f

f

of

5 , 0

c c cr

,

( xem thêm sách trang 147

Câu 14: Kiểm tra ổn định tổng thể và cục bộ của dầm tổ hợp

Trả lời:

a, Ổn định tổng thể:

Hiện tượng dầm vừa chịu uốn vừa chịu xoắn, trục dầm bị võng trong mặt phẳng uốn, oằn ngang vênh ra khỏi mặt phẳng uốn và nhanh chóng mất khả năng chịu lực gọi là sự mất ổn định tổng thể

Công thức kiểm tra: c

b

f W