Liên kết trong kết cấu thép

liên kết trong kết cấu thép, dành cho sinh viên các chuyên ngành cơ khí chế tạo, các trường đại hocjc ao dăng cách ghép mối thép, Liên kết trong kết cấu thép , tài liệu hay, không thế thiesu cho dân cơ khí chế tạo

Trang 1

CHƯƠNG 2

LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP

A LIÊN KẾT HÀN

B LIÊN KẾT BULÔNG

Trang 2

NĐ: Do ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong quá trình hàn nên dễ bị biến hình

hàn và ứng suất hàn; làm tăng tính giòn của vật liệu; Khó kiểm tra chất

lượng đường hàn Khả năng chịu tải trọng động kém;

Trang 3

A LIÊN KẾT HÀN

§2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP

§2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CỦA ĐƯỜNG HÀN

§2.3 TÍNH TOÁN CÁC LIÊN KẾT HÀN

Trang 4

chiều để tạo hồ quang

điện xuất hiện tại vị trí

cần nối các thanh thép

cơ bản với que hàn

Máy hàn

ĐN: Hàn là quá trình dùng nguồn nhiệt để làm nóng chảy 2 kim loại cần hàn cộng với một kim loại thứ 3 (kim loại que hàn) được bù vào; 3 kim loại này hoà lẫn vào nhau rồi cứng lại để tạo thành đường hàn

Trang 5

1 Hàn hồ quang điện

b) Các yếu tố ảnh hưởng Chất lượng đường hàn

Khoảng cách giữa đầu que hàn và vị trí cần hàn: Khoảng cách được duy trì không đổi => hồ quang điện ổn định

Nguồn điện: Nguồn điện ổn định => hồ quang ổn định

Cách li kim loại lỏng với không khí: Để kim loại lỏng không tiếp xúc với

không khí (tiếp xúc với O2 và N) => que hàn cần phải được bọc thuốc

(chứa khoảng 80% CaCO3 đối với hàn hồ quang điện bằng tay)

Lớp thuốc bọc que hàn cháy tạo thành xỉ nổi trên bề mặt để tránh thép lỏng tiếp xúc với không khí

Chất lượng của lớp thuốc bọc que hàn: Lớp thuốc bọc que hàn chứa bột của một số hợp kim như Mn, Ti,… Khi cháy sẽ hoà vào thép lỏng để làm tăng chất lượng đường hàn (tăng độ bền của đường hàn)

Trình độ của người hàn: hàn bằng tay hay hàn bằng máy

(tiếp 2/3)

Trang 6

Loại que hàn : được phân theo cường độ tức thời của kim loại đường hàn;

Ví dụ: N42 có cường độ kéo đứt tiêu chuẩn daN/cm2

Loại que hàn sử dụng phải phù hợp với mác của thép cơ bản:

- có độ bền kéo đứt tức thời của kim loại que hàn lớn hơn của thép cơ bản;

- có các tính chất cơ lý của kim loại que hàn và kim loại thép cơ bản là

tương tự nhau => giảm bớt khối lượng thép nóng chảy, giảm bớt ứng suất hàn và biến hình hàn

CCT34, CCT38, CCT42, CCT52 N42, N46 9Mn2, 14Mn2, 9Mn2Si, 10Mn2Si1 N46, N50

4100

=

wunf

(tiếp 3/3)

Trang 7

2 Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động:

Nguyên lý cơ bản giống như hàn bằng tay, chỉ khác :

- Sử dụng cuộn dây hàn không bọc thuốc, đường kính dây hàn 2 ~ 5 mm

- Phễu đựng thuốc hàn được gắn với máy hàn

- Thuốc hàn được rải trước thành lớp dầy trên rãnh hàn; dây hàn được nhả

tự động dần dần theo tốc độ di chuyển đều của máy hàn

D©y hµn trÇn èng hót thuèc hµn

Ray cố định máy hàn

Trang 8

quang điện luôn ổn định.

- Đưòng hàn luôn nằm sâu trong lớp thuốc bọc => kim loại nóng nguội từ từ, tạo điều kiện cho bọt khí thoát ra ngoài

⇒ chất lượng đường hàn tốt hơn hàn bằng tay

Trang 9

3 Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ:

Lớp khí bảo vệ được phun ra trong khi hàn;

Kim loại lỏng được bảo vệ bởi môi trường khí, bị ngăn cản tiếp xúc với

không khí

Có 2 phương pháp hay được dùng:

- Phương pháp MIG (metal inert gas) : sử dụng khí trơ (như argon hay

helium); => sử dụng được cho mọi kim loại, nhưng giá thành cao

- Phương pháp MAG (metal active gas) : sử dụng khí cacbonic hoặc hỗn hợp với khí trơ; => sử dụng cho các loại thép thông thường

4 Hàn hơi

Sử dụng mỏ hàn để tạo ra ngọn lửa axêtylen, là hỗn hợp cháy của khí oxy và axetylen Nhiệt độ nóng chảy có thể đến 3200oC

Chất lượng đường hàn kém

Thực hiện ở những nơi không có điện

Thường dùng để hàn những tấm kim loại mỏng, hoặc để cắt thép

Trang 10

5 Các yêu cầu chính khi hàn và phương pháp kiểm tra đường hàn

Trang 11

§2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN

1 ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU

b)

Đường hàn đối đầu dùng để liên kết trực tiếp 2 cấu kiện cùng nằm trong 1 mặt phẳng

Khi hàn, cần phải đảm bảo sự nóng chảy trên suốt bề dầy của bản thép

Khi bề dầy của các bản thép liên kết lớn, cần phải gia công đầu các bản thép nối Qui cách gia công được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế

a Đặc điểm

Đường hàn có thể thẳng góc hoặc xiên góc với trục của cấu kiện

Trang 12

Qui cách gia công đầu các bản thép nối :

Khi mm : không cần gia công đầu các bản nối;

(hàn trực tiếp)

mm : cần gia công 1 phía, dạng chữ V

mm : cần gia công 2 phía, dạng chữ K, X

Trang 13

Đường hàn được coi như phần kéo dài của thép cơ bản

Đường hàn đối đầu bị phá hoại giống như thép cơ bản: bị kéo đứt, bị nén,

bị cắt tuỳ theo lực tác dụng

b Sự làm việc của đường hàn đối đầu

Trang 14

Phụ thuộc vào vật liệu kim loại hàn (loại que hàn) và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Đường hàn đối đầu chịu nén tốt hơn chịu kéo và chịu cắt

Cường độ tính toán (về kéo, nén, cắt) của đường hàn được xác định theo

cường độ tính toán của bản thép được liên kết f

c Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu

Trang 15

Đường hàn góc nằm ở góc vuông tạo bởi 2 cấu kiện cần hàn

Tiết diện của đường hàn thường có hình dạng là 1/4 tiết diện đường tròn (tam

giác vuông cân, hơi phồng ở giữa)

Trang 16

16Cạnh của tam giác gọi là chiều cao đường hàn hf.

Trang 17

Đường hàn góc cạnh: song song với phương của lực tác dụng

Đường hàn góc đầu: vuông góc với phương của lực tác dụng

Khi chịu tải trọng động, đường

hàn lõm hoặc đường hàn thoải

Trang 20

b Sự làm việc của đường hàn góc

2 ĐƯỜNG HÀN GÓC

Đường hàn góc đầu và góc cạnh thực tế chịu cả ứng suất do cắt, uốn và

kéo Nhưng chịu cắt là chủ yếu

Trong tính toán, coi đường hàn góc (cả góc cạnh và góc đầu) chỉ chịu lực cắt qui ước và phá hoại do cắt (do trượt) theo một trong 2 tiết diện sau:

Dọc theo kim loại đường hàn (Tiết diện 1-1) ; hoặc

Dọc theo biên nóng chảy của thép cơ bản (Tiết diện 2-2).

Hệ số và tương ứng với 2 mặt cắt phá hoại 1-1 và 2-2 là các hệ số xét đến chiều sâu nóng chẩy của đường hàn => để xác định chiều cao tính toán của đường hàn

f

Trang 21

Đối với Tiết diện 1-1: cường độ chịu cắt tính toán của thép đường

hàn phụ thuộc vào vật liệu que hàn (tra Bảng 2.4)

Đối với Tiết diện 2-2: cường độ chịu cắt tính toán của thép cơ bản

ở trên biên nóng chảy lấy bằng:

Trang 22

a) Theo công dụng:

3 CÁC CÁCH KHÁC ĐỂ PHÂN LOẠI ĐƯỜNG HÀN

Đường hàn chịu lực

Đường hàn cấu tạo

b) Theo vị trí trong không gian:

Đường hàn nằm (I)

Đường hàn đứng (II)

Đường hàn ngược (III): rất khó hàn, khi thiết kế cần tránh

Đường hàn ngang (IV)

Trang 23

c) Theo địa điểm chế tạo:

3 CÁC CÁCH KHÁC ĐỂ PHÂN LOẠI ĐƯỜNG HÀN

Đường hàn trong nhà máy

Đường hàn ngoài công trường

d) Theo tính chất liên tục của đường hàn:

Trang 24

§2.3 TÍNH TOÁN CÁC LIÊN KẾT HÀN

1 Liên kết đối đầu

Gia công đầu bản thép

Trang 25

1 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT ĐỐI ĐẦU

a LK đối đầu thẳng góc chịu N

N N

Chiều dài tính toán (hiệu quả):

Tiết diện tính toán của đường hàn có dạng hình chữ nhật, kích thước lw x t

Chiều dài thực tế cần hàn:

Trang 26

a LK đối đầu thẳng góc chịu N (tiếp)

Các biểu thức kiểm tra bền:

c

wt w

w

l t

N A

w

l t

N A

f là cường độ chịu kéo tính toán của đường hàn đối đầu

là cường độ chịu nén tính toán của đường hàn đối đầu

wc

f

fwt = 0 , 85

Trang 27

N N

Để tăng khả năng chịu lực của

đường hàn, cần tăng chiều dài

đường hàn lw (vì chiều cao

đường hàn hf = t không đổi)

Trang 28

Các biểu thức kiểm tra bền:

Chịu lực kéo N.Sin α:

N N

c

wt w

l t

w

l t

Nên sử dụng:

fwv là cường độ tính toán chịu trượt của đường hàn đối đầu f wv = f v = 0,58 f

Trang 29

w σ

w

c

wt w

w wt

wt

l t

M W

b LK đối đầu chịu M, V

Dưới tác dụng của mô men

M, coi ứng suất pháp phân

bố trên tiết diện đường hàn

có dạng hình tam giác

Dưới tác dụng của lực cắt V, coi ứng suất tiếp phân bố đều trên tiết diện

đường hàn

Trang 30

2 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT GHÉP CHỒNG

a LK ghép chồng 2 bản thép chịu N

Trang 31

w f

f w

f l

h

N A

N

γ β

1 1

c ws

w f

s w

f l

h

N A

N

γ β

2 2

Tiết diện 1-1: (theo vật liệu của đường hàn)

Tiết diện 2-2: (theo vật liệu của thép cơ bản trên biên nóng chảy):

Trang 32

w f

f l

Các đường hàn trong liên kết đều phải

thoả mãn đồng thời cả 2 điều kiện bền

ứng với Tiết diện 1-1 và 2-2 : N

Trang 33

c w

f

w

f h

N l

Biểu thức xác định chiều dài cần thiết (tính toán) của các đường hàn:

min min h 1 t , 2

là chiều cao đường hàn, được

chọn trước theo điều kiện cấu tao: f

h

Chiều dài của từng đường hàn cần đảm bảo không được ngắn quá và

không được dài quá (để đảm bảo chịu lực và đảm bảo giả thiết ứng suất

phân bố đều trên tiết diện đường hàn):

cm l

Trang 35

N1 = ⋅

N k

N2 = ( 1 − ) ⋅

2 1

2

e e

e k

Không đều cạnh,

Trong thực hành tính toán,

để đơn giản k được tra bảng

phụ thuộc vào loại thép góc

và cách bố trí chúng trong

liên kết

Trang 36

c w

f

w

f h

N l

1 1

) (

c w

f

w

f h

N l

2 2

) (

Chiều dài cần thiết của các đường hàn sống:

Chiều dài cần thiết của các đường hàn mép:

b Liên kết ghép chồng bản thép – thép góc chịu N (tiếp)

và hf2 được chọn trước

Trang 37

cấu kiện này sang cấu kiện kia

ƯĐ: Không phải gia công mép các

cấu kiện được nối Có thể liên kết

Chiều dài các đường hàn càng ngắn thì đường truyền lực trong liên kết càng

bị uốn cong, bị chèn ép nhiều, có sự tập trung ứng suất lớn

Trang 39

2) Kiểm tra điều kiện bền của các

đường hàn góc theo 2 tiết diện 1-1 và

2-2:

c w

w f

f l

f

w

f h

N l

Tại vị trí khe nối, bản ghép làm việc thay thế cho các bản thép được liên kết

Abg : là tổng diện tích tiết diện các bản ghép;

A : là diện tích tiết diện của cấu kiện thép cơ bản

Trang 41

B LIÊN KẾT BULÔNG

§ 2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

1 Cấu tạo chung của bulông

a) Thân bulông : có tiết diện hình tròn, chiều dài l và gồm 2 phần:

liên kết (xuyên qua) khoảng 2÷3 mm Đường kính thân bulông là d

đường kính sau khi đã tiện ren:

Tuỳ theo yêu cầu sử dụng: l = 35 ÷ 300 mm ; d = 12 ÷ 48 mm; thường sử

dụng d = 20 ÷ 30 mm

d

d0 = 0 , 85

Trang 42

§ 2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

b) Mũ bulông:

Thường hay sử dụng hình lục giác; có các góc được mài vát

Đường kính hình tròn ngoại tiếp mũ D = 1,7 d ;

Trang 43

§2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

Các kích thước l0, d0, D và h đều qui định theo đường kính d; nếu d

càng lớn thì yêu cầu các kích thước đó cũng càng lớn

Trang 44

a) Bulông thô, bulông thường:

Vật liệu: từ thép cacbon thường

Chế tạo: bằng cách rèn, dập => độ chính xác thấp, đường kính thân

bulông không được tròn, cần có khe hở giữa lỗ và thân bulông lớn

Đường kính lỗ: d1 = d + 2 ÷ 3 mm

Lỗ bulông: bằng cách đột hoặc khoan từng bản riêng lẻ => thành lỗ xù

xì, sai số lớn, các lỗ không trùng khít, phần thép xung quanh lỗ khoảng 2

÷ 3 mm bị giòn và biến cứng nguội => Lỗ loại C

Chất lượng thân và lỗ bulông kém Biến dạng ban đầu của liên kết lớn, khả năng chịu lực không cao

=> Sử dụng để liên kết tạm, định vị ở công trường, sử dụng khi làm việc chịu kéo

2 Phân loại bulông

Trang 45

b) Bulông tinh:

Vật liệu: từ thép cacbon thấp hoặc thép hợp kim thấp

Chế tạo: bằng cách tiện, đúc => độ chính xác cao

Đường kính lỗ: d1 = d + 0,1 ÷ 0,3 mm

Lỗ bulông: bằng cách khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng bảntheo thiết kế Khi bản mỏng, có thể đột trước với đường kính lỗ nhỏ hơn thiết kế khoảng 2 ÷ 3 mm rồi mới khoan cả chồng bản => thành lỗ nhẵn,

độ chính xác cao, chất lượng cao, nhưng năng suất thấp => Lỗ loại B

Khe hở giữa thân và lỗ bulông nhỏ => liên kết chặt, biến dạng ban đầu của liên kết nhỏ, khả năng chịu lực cao

=> Sử dụng cho các liên kết chịu lực lớn

2 Phân loại bulông (tiếp 2/3)

Trang 46

c) Bulông cường độ cao :

Vật liệu: từ thép hợp kim có cường độ cao hoặc rất cao: 40Cr, 38CrSi, …

Chế tạo: giống bulông thường, có độ chính xác thấp

Sau khi chế tạo chúng được gia công nhiệt nên có cường độ rất cao Có thể tạo lực kéo rất lớn trong thân bulông để ép các bản thép lại, tạo lực

ma sát => Khả năng chịu lực rất cao

2 Phân loại bulông

Lớp độ bền của bulông:

Tuỳ theo vật liệu làm bulông, chia ra các lớp độ bền sau:

4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9

Từ lớp độ bền xác định được cường độ của vật liệu bulông

Chữ số đầu x 10 = cường độ kéo đứt tức thời (daN/mm2)

Tích của 2 chữ số = cường độ chảy của vật liệu thép (daN/mm2)

Trang 47

§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

CỦA MỘT BULÔNG

a) Các giai đoạn chịu lực:

1 Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh

Do vặn ốc/êcu => thân bulông chịu kéo, các bản thép bị xiết chặt lại, tạo

thành lực ma sát giữa mặt tiếp xúc của các bản thép Nms

Dưới tác dụng của lực kéo dọc trục N, các bản thép có xu hướng trượt

tương đối với nhau (Hình a)

Giai đoạn 1 - khi N còn nhỏ (N < Nms) : các bản thép chưa trượt tương đối

với nhau Lực truyền giữa các bản thép thông qua ma sát Bulông chưa chịu lực ngoại trừ lực kéo ban đầu do vặn êcu

Giai đoạn 2 - khi N tương đối lớn (N Nms): các bản thép trượt tương đối

với nhau, thân bulông tỳ sát về một phía của thành lỗ Ngoại lực tác dụng N

do thân bulông và masat chịu (Hình b)

Trang 48

a) Các giai đoạn chịu lực:

Giai đoạn 3 - khi N khá lớn (N >> Nms): lực masat giảm dần và bằng

không Lực tác dụng N là hoàn toàn do thân bulông chịu Đồng thời bản

thép chịu ép mặt do thân bulông tỳ lên thành lỗ

Giai đoạn 4 - khi liên kết bị phá hoại: Có 2 khả năng phá hoại có thể xảy

thép ở giữa 2 lỗ bulông (thân

bulông không bị phá hoại)

=> Trong thực tế thiết kế, chỉ cần quan tâm đến giai đoạn làm việc cuối cùng của liên kết, giai đoạn liên kết bị phá hoại => để tính khả năng chịu lực của liên kết

(tiếp 2/2)

N

N/2

Trang 49

b) Khả năng chịu cắt (chịu trượt) của 1 bulông (khi bulông bị cắt đứt):

fvb là cường độ chịu cắt tính toán của vật liệu bulông Tra bảng 1.10 Phụ

lục I phụ thuộc vào cấp độ bền của bulông (vật liệu bulông);

γb là hệ số điều làm việc của liên kết bulông, được tra Bảng 2.8 theo đặc điểm của liên kết bulông, loại bulông, và giới hạn chảy của thép cơ

A = π ⋅ với d là đường kính của thân bulông (thân bulông bị cắt đứt tại

tiết diện trùng với mặt tiếp xúc giữa các bản thép)

nv là số mặt cắt tính toán trên thân bulông

nv = 1, 2 hoặc 3, => khả năng chịu lực của bulông thay đổi tuỳ theo liên kết

Trang 50

c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bulông (khi bản thép bị đứt):

3

σ

em σ

Trang 51

Khả năng chịu ép mặt của 1

bulông chính là khả năng chống

ép mặt (chống trượt) của các bản

thép được liên kết

2 2

3

σ

em σ

fv là cường độ chịu cắt tính toán của thép

cơ bản: (theo thuyết bền 3)

Trang 52

d là đường kính thân bulông

là tổng chiều dầy nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía

phụ thuộc vào : - vật liệu thép cơ bản

- Phương pháp tạo lỗ bulông;

- cấu tạo (sử dụng khoảng cách min)

(tiếp 3/3)

là cường độ tính toán ép mặt qui ước của bulông

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	1,95 MB