Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 2
CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT v Liên kết ghép (nối) cấu kiện riêng lẻ thành kết cấu thép v Các loại liên kết dùng KCT: Liên kết đinh tán Liên kết bu lông Liên kết hàn LIÊN KẾT HÀN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN: a Hàn tay hồ quang điện: * Nguyên lý: Dùng nhiệt lượng hồ quang, nung nóng mép thép đặt cạnh nhau, nguội tạo thành đường hàn * Que hàn: gồm lõi thép + lớp thuốc bọc LIÊN KẾT HÀN b Hàn hồ quang điện tự động nửa tự động: * Nguyên lý: Tương tự hàn tay hồ quang điện * Que hàn trần * Thuốc hàn * Chiều sâu rãnh hàn, tốc độ di chuyển máy điều khiển * Chất lượng đường hàn tốt * Hồ quang cháy lớp thuốc hàn nên cịn gọi hàn hồ quang Chìm, ảnh hưởng đến sức khỏe thợ hàn LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN c Hàn (C2H2 + O2): - Hàn kim loại mỏng - Cắt thép LIÊN KẾT HÀN 2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN: a Đường hàn đối đầu: - Truyền lực tốt, không bị dồn ép uốn cong, ứng suất tập trung nhỏ - Khi chịu nén: fwc = f - Khi chịu kéo: - kiểm tra đường hàn phương pháp vật lý fwt = f - kiểm tra phương pháp thông thường: fwt = 0.85f - Khi chịu cắt: fwv = fv LIÊN KẾT HÀN b Đường hàn góc: - Hướng truyền lực thay đổi phức tạp, ứng suất tập trung lớn - Sự phá hoại xảy theo hai tiết diện: Dọc theo kim loại đường hàn (cường độ tính tốn fwf) Theo biên nóng chảy thép (cường độ tính tốn fws = 0.45fu) LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN c Các loại đường hàn khác: LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN 2.3 TÍNH TỐN LIÊN KẾT HÀN: a Đường hàn đối đầu: a1 Khi chịu lực trục: * Đường hàn đối đầu thẳng: sw = N N = £ g c f wt Aw tl w N cos a * Đường hàn đối đầu xiên: s = N sin a £ g f £ g c f wv w c wt ( wc ) t w = tl w tl w LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN a2 Khi chịu M Q: 2 s tđ = s w + 3t w £ 1.15g c f wt sw = M Ww tw = Q Aw LIÊN KẾT HÀN b Đường hàn góc: b1 Khi chịu lực trục: Tiết diện (theo vật liệu đường hàn) N b f h f å lw £ g c f wf Tiết diện (biên nóng chảy thép bản) N b s h f å lw £ g c f ws Chọn trước hf tính lw ål w ³ N h f (b f w )min g c LIÊN KẾT HÀN hf – chiều cao đường hàn hfmin ≤ hf ≤ hfmax = 1.2tmin hmin tra bảng phụ thuộc vào tmax lw chiều dài tính tốn đường hàn lw = lw,thực tế – 1cm fwf,fws – cường độ tính tốn chịu cắt quy ước kim loại đường hàn biên nóng chảy thép βf, βs - hệ số chiều sâu nóng chảycủa đường hàn ứng với tiết diện 2 LIÊN KẾT HÀN b2 Khi chịu M Q: Tiết diện (theo vật liệu đường hàn) Q t tđ M ổ M = ỗ ỗW ố wf ổ Q ữ +ỗ ữ ỗA ứ ố wf ÷ £ g c f wf ÷ ø Tiết diện (biên nóng chảy thép bản) t tđ ổ M = ỗ ỗW ố ws 2 ổ Q ữ +ỗ ữ ỗ A ữ Ê g c f ws ÷ ø è ws ø Q Khi M = 0: Tiết diện 1→ t 1Q = Q £ g c f wf Awf Tiết diện 2→ t 1Q = A £ g c f ws ws Tiết diện 1→ t 1M = M £ g c f wf W wf Tiết diện 2→ t 1M = W £ g c f ws ws Khi Q = 0: M LIÊN KẾT HÀN b3 Liên kết thép góc với thép bản: Lực tác dụng lên đường hàn sống: N1 = kN Lực tác dụng lên đường hàn mép: N2 = (1-k)N Chiều dài đường hàn sống: å lw1 ³ N1 h f (b f w )min g c Chiều dài đường hàn mép: ål w2 ³ N2 h f (b f w )min g c LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN b4 Tính liên kết hàn hỗn hợp: Ứng suất đường hàn đối đầu: sw = N A + å A bg £ g c f wt (c ) Lực tác dụng lên nối: N bg = s w Abg Chiều dài dường hàn góc: å lw = N bg (b f w )min h f g c LIÊN KẾT BU LÔNG 3.1 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI BU LÔNG: a Cấu tạo: b Phân loại bu lông Bu lông thô bu lông thường Bu lông tinh Bu lông cường độ cao LIÊN KẾT BU LƠNG b1 Bu lơng thơ bu lông thường - Làm từ thép cacbon phương pháp rèn dập - dlỗ = d + (2 ~ 3mm) - Lỗ đột khoan riêng rẽ, độ xác khơng cao (lỗ loại C) b2 Bu lông tinh - Làm từ thép cacbon, thép hợp kim thấp cách tiện - dlỗ ≤ d + 0.3mm - Lỗ khoan riêng rẽ khoan chồng theo khuôn mẫu đến đường kính thiết kế, độ xác cao (lỗ loại B) LIÊN KẾT BU LƠNG b3 Bu lơng cường độ cao - Làm từ thép hợp kim, sau gia công nhiệt - Sản xuất tương tự bu lông thường, làm từ thép cường độ cao nên vặn êcu chặt LIÊN KẾT BU LÔNG 3.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA BU LÔNG: Do vặn êcu, bu lông chịu kéo, thép bị xiết chặt, lực ma sát tạo mặt tiếp xúc thép Giai đoạn 1: ngoại lực bé lực ma sát, thép chưa bị trượt, bu lông chưa tham gia chịu lực Giai đoạn 2: ngoại lực bắt đầu lớn lực ma sát, thép trượt tương nhau, thân bu lông tì sát thành lỗ LIÊN KẾT BU LƠNG Giai đoạn 3: lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu ép thân bu lông lên thành lỗ, bu lông chịu kéo, cắt uốn Giai đoạn 4: lực trượt tăng, liên kết yếu dần, lực ma sát yếu Liên kết chuyển sang làm viêc giai đoạn dẻo Liên kết bị phá hoại do: - thân bu lông bị cắt (phá hoại cắt) - thép bị bu lông xé rách (phá hoại ép mặt) LIÊN KẾT BU LÔNG 3.3 KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MỘT BU LÔNG: a Khả chịu cắt bu lông: N vb b Anv f vb γb - hệ số điều kiện làm việc liên kết bu lơng A – diện tích thân bu lơng phần khơng bị ren d – đường kính thân bu lông phần không bị ren nv – số mặt cắt qua thân bu lơng fvb – cường độ tính tốn chịu cắt bu lơng A = pd LIÊN KẾT BU LÔNG b Khả chịu ép mặt bu lông: [N ]cb = g b d å t f cb γb - hệ số điều kiện làm việc liên kết bu lông d – đường kính thân bu lơng phần khơng bị ren Σtmin – tổng chiều dày thép trượt phía, lấy phía có tổng chiều dày bé fcb – cường độ tính tốn chịu ép mặt bu lơng LIÊN KẾT BU LƠNG c Khả chịu kéo bu lông: [N ]tb = Abn f tb Abn – diện tích thân bu lơng phần bị ren – đường kính thân bu lông phần không bị ren ftb – cường độ tính tốn chịu kéo bu lơng Abn = pd o2 LIÊN KẾT BU LÔNG d Khả chịu trượt bu lông cường độ cao: [N ]vb = ổ m f hb Abng b1 ỗ ç g ÷n f ÷ è b2 ø fhb – cường độ tính tốn chịu kéo bu lơng cường độ cao fhb = 0.7fub γb1 – hệ số điều kiện làm viêc liên kết bu lông γb1 = 0.8 n < γb1 = 0.9 ≤ n < 10 γb1 = 1.0 n ≥ 10 γb2 – hệ số tin cậy nf – số mặt ma sát LIÊN KẾT BU LÔNG LIÊN KẾT BU LƠNG 3.4 HÌNH THỨC LIÊN KẾT – BỐ TRÍ BU LƠNG Hình thức liên kết: Liên kết đối đầu Liên kết ghép chồng Bố trí bu lơng: Bố trí song song Bố trí so le LIÊN KẾT BU LÔNG LIÊN KẾT BU LÔNG LIÊN KẾT BU LƠNG 3.5 TÍNH LIÊN KẾT BU LƠNG a Khi chịu lực trục: - Chọn hình thức liên kết - Chọn đường kính bu lơng - Tính khả chịu lực bu lông [N]cb, [N]vb → [N]minb - Tính số bu lơng cần thiết: n³ N [N ]min b - Bố trí bu lơng - Kiểm tra khả chịu lực thép LIÊN KẾT BU LÔNG b Khi chịu M Q: - Chọn hình thức liên kết - Chọn số bu lơng n - Bố trí bu lơng - Xác định tâm xoay O - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Q n V = M = å N i l i = N 1l1 + N l + + N i l i + + N n l n Mặt khác: Ni = N1 li h1 LIÊN KẾT BU LÔNG M =m N1 = N1 l1 + l 22 + + l i2 + + l nn l1 ( ) Ml1 må l i - Lực tác dụng lên bu lông xa tâm xoay nhất: R max = V + N 12 - Điều kiện chịu cắt: Rmax ≤ [N]vb - Điều kiện chịu ép mặt: Rmax ≤ [N]cb ... hưởng đến sức khỏe thợ hàn LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN c Hàn (C2H2 + O2): - Hàn kim loại mỏng - Cắt thép LIÊN KẾT HÀN 2. 2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN: a Đường hàn đối đầu: - Truyền lực tốt, không bị dồn... - Làm từ thép cacbon phương pháp rèn dập - dlỗ = d + (2 ~ 3mm) - Lỗ đột khoan riêng rẽ, độ xác khơng cao (lỗ loại C) b2 Bu lông tinh - Làm từ thép cacbon, thép hợp kim thấp cách tiện - dlỗ ≤ d... thức liên kết - Chọn đường kính bu lơng - Tính khả chịu lực bu lơng [N]cb, [N]vb → [N]minb - Tính số bu lông cần thiết: n³ N [N ]min b - Bố trí bu lơng - Kiểm tra khả chịu lực thép LIÊN KẾT BU LÔNG