Báo cáo chuyên đề bê tông cốt thép Nguyên lý thuyết kế kết cấu. Bao gồm 7 nội dung: 1 Trình bày trình tự các bước thiết kế kết cấu công trình? Cho hình ảnh minh họa. 2 Các thông số kỷ thuật chọn sơ bộ kích thước tiết diện cho dầm, cột của khung BTCT đổ liền khối? 3 Cách khai báo các thông số, nhập tải trọng, khi giải nội lực trên Sap or Etab? 4 Thế nào là tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực? 5 Trình bày cách tổ hợp nội lực cho dầm, cột trong khung, cho VD minh họa? 6 Trình bày cách giải nội lực 1 khung bằng phần mền Sap or Etab (tự chọn ≥ 3 nhịp, ≥ 5 tầng )? 7 Trình bày các loại liên kết sử dụng trong thiết kế kết cấu thép. Minh họa ứng dụng của từng loại trong các công trình cụ thể.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỀ TÀI: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU Giảng viên hướng dẫn : Nhóm thực đề tài : Tên học phần : Chuyên đề bê tông cốt thép Năm học : 2021-2022 Vĩnh Long, tháng 2/2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN: THÀNH VIÊN NHÓM VÀ PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ: STT Họ tên Lớp Nhiệm vụ Câu hỏi tiểu luận môn: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU Phần I: 1/ Trình bày trình tự bước thiết kế kết cấu cơng trình? Cho hình ảnh minh họa 2/ Các thơng số kỷ thuật chọn sơ kích thước tiết diện cho dầm, cột khung BTCT đổ liền khối? 3/ Cách khai báo thông số, nhập tải trọng, giải nội lực Sap or Etab? 4/ Thế tổ hợp tải trọng, tổ hợp nội lực? 5/ Trình bày cách tổ hợp nội lực cho dầm, cột khung, cho VD minh họa? 6/ Trình bày cách giải nội lực khung phần mền Sap or Etab (tự chọn ≥ nhịp, ≥ tầng )? Phần II: 1/ Trình bày loại liên kết sử dụng thiết kế kết cấu thép Minh họa ứng dụng loại cơng trình cụ thể MỤC LỤC Trang PHẦN I I TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH? CHO HÌNH ẢNH MINH HỌA II CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CHO DẦM, CỘT CỦA KHUNG BTCT ĐỔ LIỀN KHỐI Các thông số kỹ thuật chọn sơ kích thước tiết diện cho dầm Các thông số kỹ thuật chọn sơ kích thước tiết diện cột III CÁCH KHAI BÁO CÁC THÔNG SỐ, NHẬP TẢI TRỌNG, KHI GIẢI NỘI LỰC TRÊN SAP OR ETAB 11 Cách khai báo thông số 11 Cách nhập tải trọng .18 IV THẾ NÀO LÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG, TỔ HỢP NỘI LỰC 19 V CÁCH TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM, CỘT TRONG KHUNG, CHO VD MINH HỌA 22 Tổ hợp nội lực cho dầm, cột khung phẳng 22 Tổ hợp nội lực cho dầm, cột khung không gian 24 VI CÁCH GIẢI NỘI LỰC KHUNG BẰNG PHẦN MỀM SAFE HOẶC ETAB (TỰ CHỌN ≥3 NHỊP, ≥5 TẦNG) 26 PHẦN II I CÁC LOẠI LIÊN KẾT SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP MINH HỌA ỨNG DỤNG CỦA TỪNG LOẠI TRONG CÁC CƠNG TRÌNH CỤ THỂ 30 Liên kết hàn .30 Liên kết bulông 33 Liên kết đinh tán .34 PHẦN I I TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH? CHO HÌNH ẢNH MINH HỌA Thiết kế kết cấu việc thiếu, khâu thực quan trọng giúp cơng trình giữ ổn định vào sử dụng Đòi hỏi người kỹ sư khơng phải có chun mơn cao mà cịn cần có kỹ tính tốn, xếp cấu kiện cơng trình cho hợp lý Vừa ngăn cản tác động tải trọng lớn q trình thi cơng, lại vừa giúp tiết kiệm kinh phí cho nhà đầu tư *Khái quát kết cấu cơng trình Kết cấu cơng trình từ chun ngành dùng để cấu kiện chịu lực xây dựng Ví dụ móng, cột, dầm, sàn, vách, cầu thang… Những cấu kiện liên kết chặt chẽ với tạo thành khung cho cơng trình Có công dụng ngăn cản, hạn chế tác động lực q trình thi cơng, giữ ổn định, vững cho cơng trình xây dựng Hiện nay, kết cấu cơng trình phổ biến thường làm từ loại gạch đá, thép gỗ hay bê tông cốt thép CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU Trên thực tế, quy trình thiết kế kết cấu cơng trình xây dựng hoàn chỉnh thường bao gồm rất, nhiều công đoạn chi tiết khác Tùy theo quy mô, điều kiện thực tế cách thức triển khai công việc đơn vị tư vấn thiết kế kết cấu khác mà quy trình có thay đổi nhiều Tuy nhiên, nhìn trình bao gồm bước sau đây: Bước 1: Xác định rõ phương án kết cấu - Để thiết kế kết cấu cơng trình, kỹ sư trước hết cần nghiên cứu vẽ mặt đứng chính, mặt đứng hông, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, mặt tầng hầm, tầng trệt, từ xác định tương đối xác kích thước cơng trình Bên cạnh đó, cần có tìm hiểu kỹ lưỡng kích thước bố trí hệ thống thang bộ, thang máy, hệ thống điện, hệ thống cấp – thoát nước, cấc phận ngầm, đường ống kỹ thuật, - Nghiên cứu hồ sơ địa chất cơng trình bao gồm việc tìm hiểu phân tích mặt cắt địa chất, tính chất, tiêu lý lớp đất bên cơng trình - Dự kiến hệ chịu lực cơng trình bao gồm khung, khung kết hợp vách cứng, lõi cứng, Tiếp đến việc bố trí cách sơ phận nhận tải trọng truyền lên hệ chịu lực cơng trình như: hệ dầm, sàn, khu vực thang máy, thang bộ, lỗ thông tầng, hồ nước mái, Sau đó, kỹ sư lựa chọn vật liệu chịu lực cho cơng trình (bê tơng cốt thép, thép, gỗ, ) Bước 2: Chọn vật liệu, kích thước tiết diện Phải chọn sơ bề dày loại sàn, kích thước tiết diện hệ dầm, cột, vách loại cấu kiện liên quan đến việc truyền tải trọng hệ chịu lực cơng trình Từ đó, đưa phương án lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp cho công trình, theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép Bước 3: Xác định tải trọng truyền lên phận chịu lực Có thể thấy bước quan trọng tồn quy trình thiết kế khung kết cấu Đòi hỏi người kỹ sư phải có nhiều kinh nghiệm thực tế Đưa tính tốn, dự kiến tác động bên ngồi vào cơng trình, xác định tất tải trọng tác dụng lên cấu kiện cụ thể kết cấu Với loại tải trọng cần xác định điểm đặt, phương, chiều, độ lớn, trường hợp bất lợi tải trọng Cần phân biệt tải trọng thường xuyên tác dụng hay tạm thời tác dụng lên kết cấu Việc sai sót bước khiến chất lượng cơng trình bị giảm sút, nguy hiểm khiến cơng trình bị sụt đổ Bước 4: Tính tốn nội lực, tổ hợp lực Sau dự tính tác động có ảnh hưởng đến cơng trình Người thợ bắt tay xác định nội lực, tổ hợp lực cơng trình Xác định tất tải trọng tác dụng lên cấu kiện cụ thể kết cấu Với loại tải trọng cần xác định điểm đặt, phương, chiều, độ lớn, trường hợp bất lợi tải trọng Cần phân biệt tải trọng thường xuyên tác dụng hay tạm thời tác dụng lên kết cấu Bước 5: Tính tốn bê tơng cốt thép cho cấu kiện Tính tốn cốt thép, khơng đảm bảo cần phải quay lại từ bước để chọn lại kích thước, chọn lại bê tơng, nhóm thép để đảm bảo kết cấu chịu lực an tồn Đây bước môn học Bước 6: Kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn Điều liên quan đến tính chất ảnh hưởng lâu dài tải trọng Tải trọng tính tốn xét đến khả tải trọng lớn xuất hiện, tồn thời gian ngắn Tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ tính theo cường độ Sự phá hoại kết cấu xảy ứng suất tải trọng gây vượt qua cường độ tới hạn Cho nên phải tính với tải trọng tính tốn, nghĩa xét đến trường hợp tải lớn xảy ra, cho dù thời gian tác dụng ngắn Tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai tính theo điều kiện làm việc bình thường hệ kết cấu, tức giới hạn độ rộng vết nứt, chuyển vị (độ võng, ) Những biến dạng xuất tải trọng lâu dài gây ra, nghĩa cần xét đến tải trọng tiêu chuẩn Bước 7: Vẽ vẽ kết cấu, lập bảng thống kê vật liệu Về nguyên tắc, việc thiết kế kết cấu công trình phải thoả yêu cầu: Người thiết kế phải biết tạo sơ đồ kết cấu, xác định kích thước tiết diện, bố trí cấu tạo cốt thép cho đảm bảo độ bền, độ ổn định bất biến hình khơng gian tổng thể hay riêng phận cơng trình giai đoạn thi công xây dựng sử dụng - Bản vẽ xây dựng chi tiết đầy đủ thể giải pháp kiến trúc, tổng mặt bằng, kết cấu, hệ thống hạ tầng kỹ thuật cơng trình với khối lượng, kích thước chủ yếu, mốc giới hạn, tọa độ độ cao xây dựng Chọn bố trí cốt thép theo yêu cầu chịu lực yêu cầu cấu tạo, thiết kế chi tiết phận, thép thể chúng vẽ - Bản vẽ sơ đồ hệ thống phịng chống cháy, nổ - Dự tốn tổng kinh phí xây dựng cho cơng trình Trên bước quy trình thiết kế tốt cơng trình mà người kỹ sư thiết kế cần phải tiến hành để tạo phương án kết cấu tối ưu, an toàn hiệu II CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CHO DẦM, CỘT CỦA KHUNG BTCT ĐỔ LIỀN KHỐI? Trong cấu kiện bê tơng cốt thép, bê tơng có khả chịu nén tốt nhiều so với thép vậy, chọn sơ tiết diện cột, dầm cấu kiện bê tông bước đầu vào để thiết kế khả chịu lực bê tông cốt thép, từ chọn kích thước cấu kiện hàm lượng cốt thép xác tiết kiệm Lựa chọn sơ kích thước cột, dầm cho tiết kiệm, đảm bảo yếu tố chịu lực, tránh chọn tiết diện cột dầm, sàn thừa gây lãng phí dẫn đến tải trọng tác dụng lên móng phía tăng lên, dẫn đến chi phí móng tăng theo Các bước cột dầm không nên xa vượt tiêu chuẩn thiết kế, dẫn đến kích thước cấu kiện tăng theo, không đảm bảo độ võng yếu tố chịu lực kết cấu Các thơng số kỹ thuật chọn sơ kích thước tiết diện dầm: Cấu kiện dầm thường thiết kế có tiết diện chữ nhật, chữ T chữ I Dầm có tiết diện chữ nhật chữ T ứng dụng phổ biến cơng trình dân dụng, cịn dầm có tiết diện chữ I cấu kiện thường gặp cơng trình hạ tầng giao thông ● So sánh tổ hợp tải trọng tổ hợp nội lực Việc tổ hợp tải trọng hay tổ hợp nội lực nhằm kể đến tác động đồng thời tác động lên cấu kết ( tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, gió, ), tổ hợp tải trọng hợp lý kể đến ảnh hưởng trực tiếp trường hợp xét Như thấy trên, TCVN có yêu cầu rõ thực việc tổ hợp nội lực Nếu kết cấu làm việc giai đoạn đàn hồi tuyến tính ngun lý cộng tác dụng cịn áp dụng được, tổ hợp tải trọng hay tổ hợp nội lực cho kết nội lực tổng giống Tuy nhiên, kết cấu không cịn giai đoạn đàn hồi tuyến tính, số trường hợp tải trọng có tổ hợp đặc biệt, việc tổ hợp nội lực cho kết khác với tổ hợp tải trọng 21 V CÁCH TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM, CỘT TRONG KHUNG, CHO VD MINH HỌA Tổ hợp nội lực cho dầm, cột khung phẳng B1 Tính nội lực ứng với sơ đồ chất tải: + Chất toàn tĩnh tải lên khung (TT): gồm tĩnh tải tác dụng phân bố tĩnh tải tập trung lên dầm khung, tĩnh tải tác dụng tập trung lên nút khung + Chất hoạt tải (HT1): chất hoạt tải nhịp lẽ tầng lẽ nhịp chẵn tầng chẵn + Chất hoạt tải (HT2): chất hoạt tải nhịp chẵn tầng lẽ nhịp lẽ tầng chẵn + Chất hoạt tải cách tầng ( tầng chẵn, tầng lẽ): ứng với ( HT3 HT4) + Chất hoạt tải liền nhịp hai bên cách nhịp ( HT5, HT6) + Chất gió trái (GT) gió phải (GP) B2 Tổ hợp nội lực: Mục đích việc tổ hợp nội lực tìm nội lực nguy hiểm số tiết diện tác dụng nhiều tải trọng Theo TCVN 2737-1995, có hai tổ trọng tải trọng: tổ hợp tổ hợp đặc biệt Với nhà thông thường xét đến tổ hợp Tổ hợp phân thành tổ hợp I tổ hợp II + Tổ hợp I: gồm nội lực tỉnh tải nội lực loại hoạt tải + Tổ hợp II: gồm nội lực tỉnh tải nội lực ≥2 loại hoạt tải, hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9 ( hệ số xét đến khả sử dụng không đồng thời lúc hoạt tải ) Các trường hợp tổ hợp (combo): Xét khung với trường hợp chất tải ta lập tổ hợp sau: + TH 1: TT + HT1 + TH 2: TT + HT2 + TH 3: TT + HT3 + TH 4: TT + HT4 + TH 5: TT + HT1 + HT2 + TH 6: TT + HT5 + TH 7: TT + HT6 + TH 8: TT + GT + TH 9: TT + GP + TH 10: TT + 0,9(HT1 + GT) + TH 11: TT + 0,9(HT2 + GT) + TH 12: TT + 0,9(HT3 + GT) 22 + TH 13: TT + 0,9(HT4 + GT) + TH 14: TT + 0,9(HT5 + GT) + TH 15: TT + 0,9(HT6 + GT) + TH 16: TT + 0,9(HT1+ HT2 + GT) + TH 17: TT + 0,9(HT1 + GP) + TH 18: TT + 0,9(HT2 + GP) + TH 19: TT + 0,9(HT3 + GP) + TH 20: TT + 0,9(HT4 + GP) + TH 21: TT + 0,9(HT5 + GP) + TH 22: TT + 0,9(HT6 + GP) + TH 23: TT + 0,9(HT1+HT2 + GP) + TH 24 (BAO): gồm (TH1, TH2,…, TH23) B3 Chọn cặp nội lực nguy hiểm: - Đối với dầm khung Chọn cặp nội lực Mmax, Mmin Qmax, thường xét tiết diện (hai đầu nút tiết diện nhịp dầm) Ngoài cần xét thêm tiết diện có lực tập trung tác dụng dầm Bảng tổ hợp nội lực dầm: Tên Vị trí 3.6 7.2 Nội lực M Q M Q M Q TT HT1 HT2 GT GP -105.05 -23.9 -1.69 65.5 65.6 Tổ hợp Mmax Mmin Qmax 10 11 - 4,8 -171.1 4,5 Tổ hợp Mmax Mmin Qmax 12 13 14 - 4,5,6,8 -187.57 -141.3 96.3 1.3 -114.8 116.0 25.7 0.36 -26.5 28.6 -2.22 -27.9 -2.75 0.15 1.78 17.7 61.9 -17.7 -1.84 -17.7 61.9 -17.7 4,5 122.0 - 4,7 -154.44 4,5,7 121.03 - 19.0 - 4,7 -176.7 4,5,6 144.75 4,5,8 4,5,6,7 17.68 - 4,5,6,7 -196.83 4,5,6,7 157.8 - Đối với cột Chọn cặp nội lực: Mmax N tư, Mmin N tư, Nmax M tư, thường xét chân cột đinh đoạn cột Riêng tạu tiết diện chân cột cần xét thêm lực cắt tương ứng (Qtư) với cặp nội để tính móng Cần ý trình giải khung chưa xét đến tải trọng tường tầng vá đà kiềng,…nên tính móng phải kể thêm loại tải vào lực dọc N Bảng tổ hợp nội lực cột: 23 Tổ hợp Mmax Mmin Mtư Ntư Ntư Nmax 10 11 Tổ hợp Mmax Mmin Mtư Ntư Ntư Nmax 12 13 14 44.1 11.6 4,8 7.7 -722.2 4,7 -81.1 -745.3 4,5,6 -44.78 -922.6 4,6,8 6.28 -804.18 4,5,7 -87.16 -833.25 4,5,6,7 -84.17 -914.07 -64.2 11.6 4,7 82.4 -745.3 4,8 -45.2 -722.2 4,5,6 23,6 -922.6 4,5,7 81.53 -833.25 4,6,8 -40.11 -804.18 4,5,6,7 80.2 -914.07 Tên cột Vị trí Nội lực TT HT1 HT2 GT GP 1 M N -36.4 -733.8 -11.7 -99 3.32 -89.8 -44.7 -11.5 M N 19 -733.8 6.08 -99 -1.48 -89.8 63.4 -11.5 4.4 Tổ hợp nội lực cho dầm, cột khung không gian B1 Các trường hợp chất tải lên khung khơng gian + Tĩnh tải chất tồn lên khung (TT) + Hoạt tải chất đầy tầng chẵn (HT1) + Hoạt tải chất đầy tầng lẽ (HT2) + Hoạt tải chất ô lẽ tầng lẽ, ô chẵn tầng chẵn theo phương Y (HT3) + Hoạt tải chất ô chẵn tầng lẽ, ô lẽ tầng chẵn theo phương Y (HT4) + Hoạt tải chất ô lẽ tầng lẽ, ô chẵn tầng chẵn theo phương X (HT5) + Hoạt tải chất ô chẵn tầng lẽ, ô lẽ tầng chẵn theo phương X (HT6) + Hoạt tải chất hai ô liền kề (ô 2) cách ô (ô 4) theo phương X (HT7) + Hoạt tải chất hai ô liền kề (ô 3) cách ô theo phương X (HT8) + Hoạt tải chất hai ô liền kề (ô 4) cách ô (ô 1) theo phương X (HT9) + Hoạt tải chất hai ô liền kề (ô 2) cách ô theo phương Y (HT10) + Hoạt tải chất hai ô liền kề (ô 3) cách ô theo phương X (HT11) + Gió tác dụng từ bên trái qua phải (theo phương X) (GT) + Gió tác dụng từ bên phải qua trái (theo phương Y) (GP) + Gió tác dụng từ phía trước sau (theo phương Y) (GTr) + Gió tác dụng từ phía sau trước (theo phương X) (GS) B2 Tổ hợp nội lực: Xét tính khung khơng gian với tổ hợp I II sau: + TH 1: TT + HT1 + TH 2: TT + HT2 + TH 3: TT + HT3 + TH 4: TT + HT4 + TH 5: TT + HT5 + TH 6: TT + HT6 + TH 7: TT + HT7 24 + TH 8: TT + HT8 + TH 9: TT + HT9 + TH 10: TT + HT10 + TH 11:TT + HT11 + TH 12: TT + HT1 + HT2 + TH 13: TT + GT + TH 14: TT + GP + TH 15: TT + GTr + TH 16: TT + GS + TH 17: TT + 0,9(HT1 + GT) + TH 18: TT + 0,9(HT1 + GP) + TH 19: TT + 0,9(HT1 + GTr) + TH 20: TT + 0,9(HT1 + GS) + TH 21: TT + 0,9(HT2 + GT) + TH 22: TT + 0,9(HT2 + GP) + TH 23: TT + 0,9(HT2 + GTr) + TH 24: TT + 0,9(HT2 + GS) + TH 25: TT + 0,9(HT3 + GT) + TH 26: TT + 0,9(HT3 + GP) + TH 27: TT + 0,9(HT3 + GTr) + TH 28: TT + 0,9(HT3 + GS) + …………………………………… + TH n (BAO): gồm (TH1, TH2,…, TH n-1) B3 Chọn cặp nội lực nguy hiểm: - Đối với dầm khung Chọn cặp nội lực Mmax, Mmin Qmax, thường xét tiết diện (hai đầu nút tiết diện nhịp dầm) Ngoài cần xét thêm tiết diện có lực tập trung tác dụng dầm - Đối với cột khung Chọn theo ba nội lực sau: + Bộ ba: Nmax, Mx,tu, My,tu + Bộ ba: Mx,max, Ntu, My,tu + Bộ ba: My,max, Ntu, Mx,tu Chú ý: tính thép cột thường chọn phương án đặt thép đối xứng nên giá giá trị Mx,max My,max lấy theo giá trí tuyệt đối lớn Bộ ba nội lực xét tiết diện đầu đầu đoạn cột Riêng tiết diện chân cột cần xét thêm lực cắt tương ứng (Qtư) cặp nội lực chọn (M N) để tính móng 25 VI CÁCH GIẢI NỘI LỰC KHUNG BẰNG PHẦN MỀM SAP OR ETAB (TỰ CHỌN ≥ NHỊP, ≥ TẦNG ) Bước 1: khởi động etaps - Nhấp đúp chuột lên biểu tượng Etaps hình Windows Bước 2: Tạo mơ hình - Chọn file > new Model > Use Saved User Default Settings > chọn ok Bước 3: tạo lưới chọn đơn vị Bước khai báo đặc trưng vật liệu - Chọn Define > Material Properties > Add new Material Bước 5: khai báo tiết diện 26 - Chọn Define > Section Properties > Frame Sections > Add Rectangular > Concrete Rectangular > khai báo tiết diện Bước 6: mơ hình phần tử cột dầm - Chọn tiết diện phần tử cột, dầm mà muốn gán Bước 7: khai báo trường hợp tải trọng - Chọn define > Load Patterns > khai báo TT, gió, HT Bước 8: gán tải trọng 27 - Gán tải tường, gió: chọn phần tử để gán tải trọng > chọn Assign > Frame loads > Distributed… - Gán hoạt tải: chọn phần tử để gán tải trọng > chọn Assign > Shell Loads > Uniform… Bước 9: Khai báo tổ hợp tải trọng - Chọn Define > Load Combinations > Add New Combo… 28 Bước 10: Gán liên kết cho Model - Chọn đối tượng gán liên kết > Assign > Joint > Restraints… Bước 11: Khai báo phương làm việc mơ hình - Chọn Analyze > Set Active Degrees of Freedom Bước 12: Save File giải - Chọn File > Save > F5 Bước 13: Xem biểu đồ nội lực 29 PHẦN II I CÁC LOẠI LIÊN KẾT SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP MINH HỌA ỨNG DỤNG CỦA TỪNG LOẠI TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CỤ THỂ Để tạo cấu kiện ghép từ thép hình, thép riêng rẽ, người ta phải dùng đến liên kết Từng cấu kiện lại liên kết với để tạo nên cơng trình hoàn chỉnh Hiện nay, kết cấu thép dùng hai phương pháp liên kết liên kết hàn liên kết bulông Liên kết đinh tán (trước phổ biến) gần không sử dụng Liên kết hàn Hàn phương pháp đốt nóng kim loại đến giai đoạn chảy, chảy dẻo nhờ lực liên kết nguyên tử ghép chi tiết lại với nhau, nguội đông cứng lại tạo thành đường hàn Trong kết cấu thép dùng phương pháp hàn hàn hồ quang điện gồm: hàn hồ quang điện tay, hàn hồ quang điện tự động tự động Ngồi cịn dùng hàn khối lượng hàn nhỏ 1.1 Hàn hồ quang điện tay a Nguyên lý Dưới tác dụng dòng điện, xuất hồ quang điện hai cực kim loại cần hàn (thép bản) que hàn Nhiệt độ cao lửa hồ quang (có thể lên đến 20000C) làm nóng chảy mép thép (độ sâu nóng chảy 1,5÷2mm) que hàn Kim loại que hàn chảy thành giọt rơi xuống rãnh hàn lực hút điện trường (vì hàn rãnh hàn trên) Hai kim loại lỏng hòa lẫn với nhau, nguội lại tạo thành đường hàn Vậy chất đường hàn liên kết phân tử kim loại bị nóng chảy Đường hàn chịu lực tương đương thép Hình 1.1 Sơ đồ hàn hồ quang điện tay b Que hàn Hàn hồ quang điện tay dùng que hàn lõi kim loại có thuốc bọc (thuốc hàn, gồm khoảng 80% CaCO3) Đường kính lõi kim loại que hàn 1,6÷6mm, chiều dài que hàn 200÷450mm Lớp thuốc bọc dày 1÷1,5mm có tác dụng sau: 30 - Khi cháy tạo nên lớp xỉ cách ly khơng 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 khơng khí xung quanh làm hồ quang ổn định - Trong thuốc hàn cịn có bột số hợp kim làm tăng độ bền đường hàn Que hàn phân loại theo cường độ tức thời kim loại đường hàn Đối với mác thép cacbon thép hợp kim thấp loại que hàn lấy theo “TCVN 3223-1994” bảng sau: Bảng 1.1 Que hàn dùng ứng với mác thép Loại que hàn có thuốc bọc Mác thép TCVN 3223:1994 CCT34; CCT38; CCT42; CCT52 N42; N46 09Mn2; 14Mn2; 09Mn2Si; 10Mn2Si1 N46; N50 1.2 Hàn hồ quang điện tự động tự động lớp thuốc hàn Về nguyên lý giống hàn tay, khác que bọc thuốc thay cuộn dây hàn trần (đường kính 2÷5mm) q trình hàn thực máy tự động Nên có ưu điểm tốc độ hàn nhanh (gấp 5÷10 lần), chất lượng đường hàn tốt hơn, không hại sức khỏe thợ hàn Nhưng có nhược điểm hàn đường hàn nằm thẳng tròn (ở thân bể chứa), không dùng cho đường hàn đứng ngược đường hàn vị trí chật hẹp, cao Hình 1.2 Sơ đồ hàn hồ quang điện tự động 1.3 Hàn hồ quang điện lớp khí bảo vệ Nguyên lý làm việc cuộn dây hàn trần nhả tự động qua thiết bị hàn dạng súng Khí hàn dẫn từ bình phun đồng thời hàn Kim loại lỏng bảo vệ môi trường khí, khơng cho tiếp xúc với khơng khí Đường hàn ổn định tốc độ nhanh 31 Hình 1.3 Sơ đồ hàn hồ quang điện khí bảo vệ 1.4 Hàn Dùng để hàn kim loại mỏng để cắt thép Hỗn hợp cháy khí Oxy axetylen 32000C làm nóng kim loại cần hàn kim loại phụ 1.5 Các yêu cầu hàn phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn a Các yêu cầu hàn - Làm gỉ bề mặt rãnh hàn - Cường độ dịng điện phải thích hợp - Đảm bảo quy định gia công mép thép - Chọn que hàn phù hợp - Phịng ngừa biến hình hàn b Các phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn - Kiểm tra mắt: sai sót bên ngồi mặt đường hàn không đều, lồi lõm, nứt rạn,… - Dùng phương pháp vật lý để kiểm tra như: siêu âm, điện từ… 1.6 Ứng dụng liên kết hàn Liên kết hàn sử dụng rộng rãi khí, cơng trình xây dựng nhà cơng nghiệp, nhà tiền chế, cầu đường giao thơng,… Hình 1.4 Cầu đường giao thơng Hình 1.5 Cơng trình nhà dân dụng 32 Liên kết bulông 2.1 Cấu tạo chung bulơng Hình 2.1 Cấu tạo bulơng Hình dáng kí hiệu kích thước bulơng cho hình 2.1 Thân bulơng đoạn thép trịn, đường kính bulơng thường d=12÷48 mm, với bulơng neo d tới 100mm Đường kính phần bị ren d0, chiều dài phần thân không ren nhỏ chiều dày tập thép liên kết khoảng 2÷3 mm Chiều dài phần ren l0≈2,5d Chiều dài bulơng l=35÷300 mm tùy theo yêu cầu sử dụng Mũ, êcu (đai ốc) bulơng thường có dạng hình lục giác, kích thước Long đền (đệm) hình trịn dùng để phân phối áp lực êcu lên mặt thép Tùy theo cách sản xuất, vật liệu tính chất làm việc bulơng có loại sau: bulơng thơ, bulơng độ xác bình thường (bulơng thường), bulơng độ xác cao (bulơng tinh, bulơng xác), bulơng cường độ cao, bulông neo 2.2 Phân loại bulông 2.2.1 Bulông thô bulông thường - Làm từ thép cacbon phương pháp rèn dập Độ xác thấp, nên đường kính lỗ khoan: dlỗ = d+(2÷3)mm - Lỗ đột khoan riêng rẽ, độ xác không cao (lỗ loại C) 2.2.2 Bulông tinh - Làm từ thép cacbon hay 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) 2.2.3 Bulông cường độ cao - Làm từ thép hợp kim, sau cho gia cơng nhiệt - Sản xuất tương tự bulơng thường, có độ xác thấp làm từ thép cường độ cao nên vặn đai ốc (êcu) chặt 33 2.3 Ứng dụng liên kết bulông Mối lắp ghép bulơng chịu tải trọng kéo, uốn, cắt, mài mịn… có độ ổn định lâu dài có khả tháo lắp hiệu chỉnh mối ghép dễ dàng, nhanh chóng mà khơng địi hỏi cơng nghệ phức tạp Do có nhiều cơng dụng nên sản phẩm bulơng có mặt tất lĩnh vực: khí, lắp ráp, chế tạo thiết bị công nghiệp, công trình xây dựng dân dụng, nhà xưởng cơng nghiệp, cơng trình giao thơng, cầu cống… Hình 2.2 Liên kết bulơng cơng trình cầu trục Liên kết đinh tán 3.1 Cấu tạo đinh tán liên kết đinh tán Đinh tán loại thép tròn, đầu tạo mũ sẵn, đầu tán thành mũ lắp đinh vào liên kết Hình 3.1 Các loại đinh tán Vật liệu làm đinh tán loại thép dẻo CT2, CT3 (để dễ tán khỏi hỏng thép bản) thép hợp kim thấp 09Mn2 (khi thép hợp kim thấp) Đường kính đinh nhỏ đường kính lỗ 1÷1,5 mm Đường kính gọi tên đường kính lỗ đường kính tính tốn d Thường dùng đinh tán có đường kính d 17; 19; 21; 23; 25; 28,5 mm 34 Đinh tán phân loại theo hình dạng mũ đinh Đinh có mũ dạng bán cầu (hình 3.1a) dùng nhiều Đinh đầu chìm (hình 3.1b) chìm (hình 3.1c) dùng không gian chỗ liên kết chật hẹp, mũ đinh nằm chìm phần thép Đinh đầu cao (hình 3.1d) dùng tổng chiều dày thép ∑ t ≥ 5d 3.2 Phương pháp tạo lỗ đinh tán Cách tạo lỗ đinh tán thép giống lỗ bulơng Đinh tán nhóm C đinh có lỗ tạo cách đột khoan khơng có khn mẫu Đinh tán nhóm B có lỗ khoan đột trước, khoan tiếp đến đường kính thiết kế theo khn mẫu Khi tán, nung nóng đinh đến nhiệt độ khoảng 700÷8000C, cho đinh vào lỗ, tì chặt đầu có mũ sẵn cịn đầu dùng búa tán thành mũ Q trình tán nóng tạo nên đặc điểm sau: - Khi tán, thân đinh phình lấp kính lỗ Khi nguội, đinh co lại làm thành khe hở nhỏ so với thành lỗ khoảng 0,05÷0,2 mm Khe nhỏ liên kết chặt Khi liên kết dày ∑ t ≥ 5d dùng đinh đầu cao để tán hai phía, vật liệu dồn từ hai đầu đinh vào nên lỗ lắp kính - Khi nguội thân đinh co lại bị thép giữ nên thân đinh chịu kéo, ngược lại thép bị xiết chặt làm tăng lực ma sát chúng, liên kết chặt - Đinh tán nung nóng nguội dần giống trình gia cơng nhiệt nên tính dẻo vật liệu tăng lên, liên kết có độ dai lớn Phương pháp tán nguội dùng cho loại đinh có đường kính nhỏ Đinh tán lấp kín lỗ (do khơng bị co lại) lực xiết ban đầu nhỏ Phương pháp thường dùng khí, đinh hợp kim nhơm 3.3 Các hình thức liên kết đinh tán Liên kết đinh tán có hình thức cấu tạo giống liên kết bulông: liên kết ghép chồng liên kết đối đầu có ghép 3.4 Ứng dụng đinh tán Đinh tán thường sử dụng phổ biến gia công kim loại, gia công cửa nhơm, giàn cẩu, cầu trục,… Hình 3.2 Liên kết đinh tán thành cầu trục 35