Bài giảng Kết cấu thép 1 Phạm Xuân Tùng

bài giảng Kết cấu thépbài giảng kết cấu thépslide bài giảng kết cấu thépbài giảng kết cấu thép 2bài giảng kết cấu thép gỗbài giảng kết cấu thép 1giáo trình kết cấu thép 1 phạm văn hộibài tập kết cấu thép 1 đại học xây dựngbài tập kết cấu thép 1bài tập kết cấu thép 1 có lời giải

BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG GIẢNG VIÊN: PHẠM XUÂN TÙNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KẾT CẤU THÉP 1 1 CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP  Ưu điểm:  Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao. Do thép có cường độ lớn, cấu trúc thuần nhất, dẻo và đàn hồi  Trọng lượng nhẹ. Là kết cấu nhẹ nhất trong số các kết cấu chịu lực: bê tông cốt thép, gạch đá, gỗ.  Tính công nghiệp hóa cao. Sản xuất hàng loạt trong các nhà máy luyện kim.  Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp. Do trọng lượng nhẹ, độ cứng lớn nên việc vận chuyển và lắp ráp kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng. Kết cấu thép dễ sửa chữa, thay thế, tháo dỡ, di chuyển.  Tính kín. Kết cấu thép có tính kín, không thấm nước, không thấm khí thích hợp cho các công trình bể chứa chất lỏng, chất khí. 1 2  Khuyết điểm:  Bị ăn mòn. Thép bị gỉ trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong môi trường xâm thực. Nên cần bảo vệ chống ăn mòn bằng các lớp bảo vệ: sơn thông thường, sơn tĩnh điện, mạ kẽm, mạ nhôm, mạ crôm.  Chịu lửa kém. Thép không cháy nhưng ở nhiệt độ thép chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực. Nên đối với những công trình nguy hiểm về phòng cháy thép phải được bọc bằng lớp chịu lửa (bê tông, tấm gốm, sơn phòng lửa…) PHẠM VI VÀ ỨNG DỤNG  Nhà công nghệp  Nhà nhịp lớn  Khung nhà nhiều tầng  Cầu đường bộ, cầu đường sắt  Kết cấu tháp cao  Kêt cấu bản  Các loại kết cấu di động 2 3 YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP  Yêu cầu về sử dụng:  Thão mãn các yêu cầu về chịu lực đề ra do điều kiện sử dụng: kết cấu phải an toàn: đủ độ bền, độ cứng, đủ sức chịu mọi tải trọng sử dụng.  Đảm bảo độ bền lâu thích đáng của công trình: kết cấu phải được cấu tạo sao cho tiện bảo dưỡng, tiện kiểm tra và sơn bảo vệ.  Đẹp cũng là 1 yêu cầu sử dụng, đặc biệt quang trọng đối với nhà công cộng.  Yêu cầu về kinh tế:  Tiết kiệm vật liệu. Thép cần được sử dụng hợp lý, đúng chỗ. Thay thế thép bằng vật liệu khác khi có thể. Chọn giải pháp kết cấu hợp lý, dùng thép cường độ cao, phương pháp tính thích hợp, phù hợp với việc chế tạo công xưởng.  Lắp ráp nhanh. Kêt cấu thép được chế tạo tại nhà máy, sau đó vận chuyển đến nơi lắp dựng bằng cách chia thành từng đơn vị vận chuyển hay để nguyên cả kết cấu. Tại công trường, kết cấu có thể được khuếch đại và lắp ráp nhanh chóng với những thiết bị có sẵn, liên kết khi lắp dựng phải dễ dàng, thuận tiện. 3 1 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP THÉP XÂY DỰNG  Theo thành phần hóa học của thép:  Thép cacbon: hàm lượng cacbon dưới 1.7%, không có các thành phần kim loại khác. Tùy theo hàm lượng cacbon chia ra: thép cacbon cao, thép cacbon vừa, thép cacbon thấp. Thép xây dựng là loại thép cacbon thấp với hàm lượng cacbon dưới 0.22%.  Thép hợp kim: thành phần có thêm các kim loại khác như crôm (Cr), kền (Ni), mangan (Mn),… nhằm nâng cao chất lượng thép như tăng độ bên, tăng tính chống gỉ. Thép dùng trong xây dựng là thép hợp kim thấp có tỉ lệ tổng các nguyên tố phụ thêm dưới 2.5%. 4 2  Theo phương pháp luyện thép  Luyện bằng lò quay: là 1 cái bầu, quay xung quanh 1 trục nằm ngang. Không khí được thổi vào để khử các hợp chất của gang. Phương pháp này có năng suất cao, nhưng chất lượng thép không tốt vì nitơ trong không khí làm thép dòn,và không thể khử hết phôtpho là thành phần có hại. Phương pháp luyện lò quay tiên tiến thổi oxy và trộn thêm bột vôi để khử phôtpho. Thép sản xuất bằng phương pháp này có chất lượng tương đương thép lò bằng nhưng rẻ hơn vì năng suất cao.  Luyện bằng lò bằng: năng suất thấp, giá thành cao. Các hợp chất trong gang đều được khử hết, cấu trúc thuần nhất nên chất lượng tốt. Thành phần thép có thể điều chỉnh trong quá trình luyện.  Theo mức độ khử oxy  Thép sôi: thép khi nguội bốc ra nhiều bọt khí tạo thành những chỗ không đồng nhất trong cấu trúc của thép nên thép chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại dòn, dễ bị lão hóa.  Thép tĩnh (thép lặng): không có hơi bốc ra do oxy bị khử hết nên thép đồng nhất, chịu lực động tốt, khó bị phá hoại giòn. Dùng làm những công trình quan trọng hoặc chịu tải trọng động.  Thép nửa tĩnh (nửa lặng): là trung gian giữa thép tĩnh và thép sôi, trong đó oxy không được khử hoàn toàn. 5 3 Cấu trúc và thành phần hóa học của thép  Cấu trúc của thép: gồm 2 tổ chức chính:  Ferit: là sắt nguyên chất chiếm 99% thể tích, có tính mềm dẻo.  Xememtit: là hợp chất sắt cacbua (Fe3C) rất cứng và giòn.  Màng peclit: là hỗn hợp xememtit và ferit. Màng peclit càng dày thì thép càng cứng và kém dẻo.  Thành phần hóa học của thép: ngoài 2 thành phần chính là sắt và cacbon còn có các thành phần phụ  Mangan (Mn): tăng cường độ và độ dai của thép, làm giảm ảnh hưởng có hại của lưu huỳnh. Nếu lượng Mn lớn quá 1.5% thép trở nên giòn.  Silic (Si): là chất khử oxy. Làm tăng cường độ của thép nhưng làm giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn. Không cho quá 0.3% đối với thép cacbon thấp.  Phôtpho (P): làm giảm tính dẻo và độ dai va chạm của thép. Đồng thời làm thép trở nên giòn nguội.  Lưu huỳnh (S): làm thép dòn nóng nên dễ bị nứt khi hàn và rèn.  Khí nitơ (N), oxy (O2): làm thép bị giòn, giảm cường độ thép.  Ngoài ra còn có đồng (Cu), kền (Ni), crôm (Cr), titan (Ti), vanađi (V), molipden (Mo)… làm tăng tính năng cơ học, tăng độ bền chống gỉ của thép. 6 4 Số hiệu thép xây dựng  Thép cacbon cường độ thấp  Gồm 2 loại chính: thép cacbon thông thường với hàm lượng cacbon từ 0.14%0.22%, là loại thép sôi hoặc nửa tĩnh và thép cacbon thông thường có thêm hàm lượng mangan 0.8%1.1%. Các thép này được chia làm 3 nhóm:  Nhóm A: đảm bảo chặt chẽ về tính chất cơ học.  Nhóm B: đảm bảo chặt chẽ về thành phần hóa học.  Nhóm C: đảm bảo cả về tính chất cơ họ và thành phần hóa học.  Thép cường độ khá cao  Là thepscacbon thấp mang nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp. Giới hạn chảy 3100 – 4000 daN/cm2, giới hạn bền 4500 – 5400 daN/cm2. Các loại thép hợp kim thấp thông dụng cho kết cấu xây dựng lấy theo TCVN 3104: 1979: 09Mn2, 14Mn2, 16Mn2Si, 09Mn2Si, 10Mn2Si1, 10CrSiNiCu.  Thép cường độ cao  Gồm các loại thép hợp kim có nhiệt luyện, giới hạn chảy cao trên 4400 daN/cm2 và giới hạn bền trên 5900 daN/cm2 như 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV… 7 5 SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG  Sự làm việc chịu kéo của thép  Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi kéo  Kép 1 mẩu thép mác CCT38. Đồ thị quan hệ giữ ứng suất và biến dạng tỉ đối thể hiện qua biểu đồ sau.  Trục tung biểu thị ứng suất kN/cm2, trục hoành biểu thị biến dạng tỉ đối %, là độ dãn dài ứng với từng cấp tải trọng. 8 6 Đường công biểu đồ gồm các đoạn sau  Đoạn OA, tương ứng với ứng suất từ 0 đến khoảng 2000 daN/cm2, là 1 đoạn thẳng. Giai đoạn này, ứng suất và biến dạng có quan hệ tuyến tính , trong đó môđun đàn hồi E là hệ số góc của đường thằng OA. E = 2.06x106 daN/cm2. Giai đoạn này gọi là giai đoạn tỉ lệ, ứng suất tại A gọi là giới hạn tỉ lệ .  Bên trên điểm A một chút là điểm A’, đường thẳng hơi cong đi, không còn giai đoạn tỉ lệ nữa, nhưng thép vẫn làm việc đàn hồi. Ứng suất tương ứng với điểm A’ gọi là giới hạn đàn hồi đh. Thực tế đh khác rất ít với , nên nhiều khi người ta đồng nhất 2 giai đoạn làm việc này.  Đoạn A’B, là 1 đường cong, thép không còn làm việc đàn hồi, môđun đàn hồi E giảm xuống bằng 0 ở điểm B, ứng với ứng suất chừng 2400 daN/cm2. Giai đoạn này gọi là giai đoạn đàn hồi dẻo.  Đoạn BC, hầu như là 1 đường nằm ngang, gọi là giai đoạn chảy dẻo. Biến dạng vẫn tăng trong khi ứng suất không đổi. Ứng với biến dạng từ = 0.2% đến = 2.5% được gọi là thềm chảy.Ứng suất ứng với giai đoạn chảy dẻo gọi là giới hạn chảy . Nếu tại điểm C mà ta bỏ tải trọng, biểu đồ giảm tải sẽ đi theo đường CO’ song song với đường gia tải đàn hồi, thép có biến dạng dư OO’. 9 [...]... từng công dụng riêng THÉP TẤM  Thép tấm phổ thông, dày 4 – 60 mm, rộng 16 0 – 10 50 mm, chiều dài 6 -12 m  Thép tấm dày, có bề dày 4 – 16 0 mm, dày 0.5, 1 và 2 mm, bề rộng từ 600 đến 3000 mm, dài 4 – 8 m  Thép tấm mỏng, có bề dày 0.2 – 4 mm, rộng 600 – 14 00 mm, dài 1, 2 - 4m THÉP HÌNH DẬP, CÁN NGUỘI  Đây là loại thép hình mới so với thép cán Từ các thép tấm mỏng, thép giải, dày 2 – 16 mm, mang dập, cán... mang dập, cán nguội mà thành  Có các loại tiết diện: thép góc đều cạnh, thép góc không đều cạnh, thép chữ [, thép tiết diện hộp v.v… ngoài ra, có thể có những tiết diện rất đa dạng theo yêu cấu riêng 13 10 CHƯƠNG 3: LIÊN KẾT A LIÊN KẾT HÀN 2 .1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP 1 Hàn hồ quang điện bằng tay Hình 3 .1 Hàn hồ quang điện bằng tay 14 1 a) Nguyên lý Dưới tác dụng của dòng điện, xuất hiện... của thép Đối với thps cacbon thấy rất lớn, tới 200 lần biến dạng khi làm việc đàn hồi Kết cấu thép có 1 lượng dự trữ an toàn lớn nên có thể nói kết cấu thép không bao giờ bị phá hoại ở trạng thái dẻo Chỉ có thể có phá hoại kết cấu khi thép đã chuyển thành giòn  10 7 Sự phá hoại dòn của thép Hiện tượng cứng nguội  Là hiện tượng tăng tính giòn của thép sau khi bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ thường Thép. .. đường hàn  amax ≤ 15 tmin đối với cấu kiện chịu nén  amax ≤ 30tmin đối với cấu kiện chịu kéo hoặc các bộ phận cấu tạo 2.3 CÁC LOẠI LIÊN KÉT HÀN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1 Liên kết đối đầu  Liên kết trực tiếp 2 cấu kiện cùng nằm trong một mặt phẳng  Dùng để nối các thép bản, ít dùng để liên kết thép hình vì khó gia công mép 24 11 Ưu điểm  Truyền lực tốt  Cấu tạo đơn giản  Không tốn thép để làm các... này sang cấu kiện kia qua các bản ghép Hình 3.8 Liên kết có bản ghép đối với thép tấm 30 17 Hình 3.9 Liên kết có bản ghép đối với thép hình Tính toán liên kết hàn có bản ghép chịu lực trục  Kiểm tra độ bền của các bản ghép: A bg A Trong đó:  Abg tổng diện tích tiết diện các bản thép A diện tích tiết diện cấu kiện cơ bản Kiểm tra độ bền các đường hàn góc 31 18 4 Liên kết hỗ hợp Là liên kết đối đầu... già của thép  Theo thời gian, tính chất của thép thay đổi dần, giới hạn chảy và giới hạn bền tăng lên, độ giãn và độ dai va đập giảm đi, thép trở nên giòn hơn Hiện tượng này gọi là sự hóa già của thép 11 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ  Nhiệt độ dương: khi t =300-3300C: cấu trúc thép bắt đầu thay đổi, thép trở nên giòn hơn, trên các mặt đứt gẫy có nhiều hạt to và trở nên dòn  Nhiệt độ âm: khi t < 0 thép giòn... chịu mômen uốn 27 14 2 Liên kết ghép chồng dùng đường hàn góc  Liên kết trực tiếp 2 cấu kiện đặt chồng lên nhau  Đoạn nối chồng a ≥ 5tmin  Có ứng suất hàn và tập trung ứng suất lớn  Không dùng khi chịu lức lớn hay tải trọng động  Thường dùng để nối các thép bản có chiều dày nhỏ (2-5mm), liên kết thép hình và thép bản Tính toán liên kết ghép chồng chịu lực dọc trục Tiết diện 1 N  f h f  lw Tiết... loại tiết diện, chiều cao 10 0 - 600 mm Chiều dài từ 4 đến 13 m Thép chữ I được dùng chủ yếu chịu uốn, độ cứng theo trục x rất lớn so với phương trục y 12 9 Thép chữ [  Gồm có 22 loại tiết diện Thép chữ [ có một mặt bụng phẳng và các cánh vươn rộng nên tiện liên kết với các cấu kiện khác Thép chữ [ được dùng làm dầm chịu uốn, đặc biệt hay dùng làm xà gồ mái, chịu uốn xiên Các loại thép hình khác  Ngoài... βsfws 29 16 Chiều dài tính toán của đường hàn phải thõa mãn các yêu cầu sau  Chiều dài tối thiểu lw ≥ 4hf và lw ≥ 40 mm  Riêng đối với đường hàn góc cạnh lw ≤ 85 βfhf Phân phối nội lực N khi liên kết các thép góc với thép bản  N1 = kN đối với đường hàn sống  N2 = (1- k)N đối với đường hàn mép K phụ thuộc vào loại thép góc và cách bố trí, tra bảng 2.7/68 3 Liên kết có bản ghép Truyền lực từ cấu kiện... đầu có thêm các bản ghép với các đường hàn góc Hình 3 .10 Liên kết hỗn hợp Tính toán liên kết hỗn hợp chịu lực trục  Kiểm tra độ bền của liên kết: w  Trong đó: N A   Abg  f wt ( c ) c fwt(c) cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo (nén) 32 19 Tổng chiều dài cần thiết của đường hàn góc để liên kết 1 bản ghép ở một phía của liên kết lw  Trong đó: N bg   f w min h f  c Nbg = σwAbg . XÂY DỰNG GIẢNG VIÊN: PHẠM XUÂN TÙNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KẾT CẤU THÉP 1 1 CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP  Ưu điểm:  Khả. hợp kim thấp thông dụng cho kết cấu xây dựng lấy theo TCVN 310 4: 19 79: 09Mn2, 14 Mn2, 16 Mn2Si, 09Mn2Si, 10 Mn2Si1, 10 CrSiNiCu.  Thép cường độ cao  Gồm các loại thép hợp kim có nhiệt luyện,. liên kết khi lắp dựng phải dễ dàng, thuận tiện. 3 1 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP THÉP XÂY DỰNG  Theo thành phần hóa học của thép:  Thép cacbon: hàm lượng cacbon dưới 1. 7%,