GIÁO TRÌNH KẾT CẤU THÉP 1

TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH Chương Mở Đầu: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP I. Ưu - Khuyết điểm của Kết Cấu Thép: +Ưu điểm: - Khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao. - Trọng lượng nhẹ và tính công nghiệp hóa cao. - Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp và Tính kín. +Khuyết điểm: - Bị ăn mòn, chịu nhiệt kém. - Mất khả năng chịu lực ở 500 o – 600 o C II. Phạm vi ứng dụng: - Được ứng dụng để làm nhà công nghiệp, nhà có nhịp lớn. - Khung nhà nhiều tầng, cầu đường bộ, đường sắt … - Được ứng dụng làm kết cấu tháp cao, kết cấu bản hay các loại kết cấu di động. - Được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, tàu thủy… III. Yêu cầu đối với Kết Cấu Thép: - Kết cấu phải đảm bảo độ an toàn (phải đủ độ bền, độ cứng và đủ sức chịu đựng mọi tải trọng). - Phải đảm bảo độ bền lâu thích đáng của công trình ( tiến hành bảo dưỡng, kiểm tra, sơn bảo vệ kết cấu…) - Yêu cầu về kinh tế, sử dụng kết cấu thép tiết kiệm được vật liệu và tiện xây dựng; lắp ráp nhanh, giảm bớt thời gian thi công, có thể chế tạo hàng loạt các cấu kiện khác nhau TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH Chương 1: VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP I .Thép xây dựng: 1.Phân loại thép xây dựng: a.Theo thành phần hóa học của thép: - Thép cacbon thấp (Hàm lượng cacbon ≤ 1,7% ). - Thép cacbon vừa, thép cacbon cao. - Thép xây dựng là loại thép có hàm lượng cacbon thấp ≤ 0,22%. (Thép hợp kim là loại thép có thêm các thành phần kim loại khác như: Cr, Ni, Mn có tỉ lệ các nguyên tố phụ < 2,5%, có cường độ chịu lực cao và chống rỉ tốt.) b.Theo phương pháp luyện kim. c.Theo mức độ khử Oxi. 2.Cấu trúc và thành phần hóa học của thép: Ferit là các hạt màu trắng, chiếm 99% thể tích, rất mềm và dẻo. Xementit là các hạt màu vàng xen kẽ, thành phần hóa học Sắtcacbua (Fe 3 C) rất cứng và giòn. Peclit :cường độ chịu lực trung gian giữa Ferit vàXementit. Mặt cắt mẩu thép hình tròn TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH 3.Các Mác thép dùng trong xây dựng: Giới hạn chảy fy, (N/mm 2 ) cho độ dày t (mm) Độ dãn dài o (%) cho độ dày t (mm) Mác thép Độ bền kéo fu (N/mm 2 ) ≤ 20 20 < t ≤ 40 40 < t ≤ 100 ≤ 20 20 < t ≤ 40 >40 CT34s 330 - 420 220 210 200 33 32 30 CT34n,CT34 340 – 440 230 220 210 32 31 29 CT38s 370 – 470 240 230 220 27 26 24 CT38n,CT38 380 – 490 250 240 230 26 25 23 CT38nMn 380 – 500 250 240 230 26 25 23 CT42s 410 – 520 260 250 240 25 24 22 CT42n,CT42 420 – 540 270 260 250 24 23 21 Các kí hiệu trên Mác thép có ý nghĩa như sau: CT : thép cacbon thường (thấp), con số đi sau chỉ độ bền kéo đứt, chữ n là thép nửa tĩnh hoặc chữ s là thép sôi. Ví dụ: CT38nMn là thép cacbon thường có cường độ bền kéo đứt ≥ 380 N/mm 2 , thép nửa tĩnh có thêm nguyên tố Mn. II.Sự làm việc của thép chịu tải trọng: Sự làm việc chịu kéo (nén) của thép. TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH III.Qui cách cán thép dùng trong xây dựng 1.Thép hình a.Thép góc -Có 2 loại: đều cạnh và không đều cạnh. -Tỉ lệ không đều cạnh là : 1:1,5 ; 1:1.2 -Vd: + Thép góc đều cạnh có kích thước : 40 x 40 x 4 mm ( L40 x 4) + Thép góc không đều cạnh có kích thước: 63 x 40 x 4 mm ( L63 x 40 x4) . Hai số đầu chỉ chiều dài của 2 cánh, số sau chỉ chiều dày của cánh. -Thép góc đều cạnh có 50 loại từ : L20 x 3  L250 x 35 -Thép góc không đều cạnh có 72 loại từ : L30 x 20 x 3  L250 x 150 x 25. -Thép được sản xuất có chiều dài từ 4 – 13 m. *.Ứng dụng : Thép góc đều cạnh là loại thép cán được sử dụng nhiều nhất trong kết cấu thép, rất thuận tiện cho việc liên kết cấu kiện, được dùng làm dàn vì kèo, thanh chịu lực, liên kết với các loại thép khác, tạo thành tiết diện cột rỗng, tiết diện dầm chữ I. *.Các thông số kĩ thuật về thép góc: Tra trong bảng 1.4, 1.5 trang 286. TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH b.Thép chữ I -Có 23 loại tiết diện: h = 100  600 mm. -Thép được sản xuất có chiều dài từ 4 – 13 m. Vd : Thép hình dạng chữ I 30 có chiều cao h = 300 mm. *.Ứng dụng : Chủ yếu được làm dầm chịu lực chống uốn vì có moment kháng uốn và độ cứng lớn theo phương trục X, nếu dùng làm cột thì tăng thêm tiết diện của cánh. -Các thông số kĩ thuật về thép chữ I tra bảng 1.6 trang 296 c.Thép chữ C : -Thép chữ C có 22 loại có chiều cao h từ 50 – 400 mm, chiều dài sản xuất từ 4 – 13 m -Ừng dụng chủ yếu làm dầm chịu uốn đặc biệt dùng làm xà gồ, liên kết với các loại thép khác để làm cột, làm dàn. -Các thông số kĩ thuật của thép chữ C tra bảng 1.7/298 TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH 2.Thép tròn : -Có 2 loại : có gân và không gân. + Loại có gân thường dùng 10-32. + Loại không gân thường dùng 6 -10. -Kết hợp với bê tông làm thành các cấu kiện dầm, cột, vách cứng, bản. Ngoài ra còn có các loại thép khác: -Thép tấm có chiều dày: t = 0,2 – 60 mm. * được ứng dụng làm các kết cấu nhà thép tiền chế( zamil), dạng bảng, bể chứa, đóng tàu thuyền… IV. Phương pháp tính cấu kết thép: *Tính theo trạng thái giới hạn ( TTGH ) Mục đích của việc tính toán kết cấu là đảm bảo cho kết cấu an toàn về khả năng chịu lực trong khi vẫn đảm bảo ít tốn kém vật liệu và nhân công. -Tính kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ 1: kết cấu mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được nữa( kết cấu bị phá hoại bền mất ổn định, mất cân bằng,kết cấu bị biến đổi hình dạng) -Tính kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ 2: kết cấu không còn sử dụng bình thường được nữa( sử dụng bình thường là sử dụng theo đúng yêu cầu thiết kế) : bị võng,bị lún, bị rung, bị nứt. -Theo trạng thái giới hạn 1 N S Trong đó: N: ngoại lực trong cấu kiện đang xét.( các loại tải trọng) TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH S: nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được Khả năng chịu lực S là : ( TH1) ( TH2) Bảng cường độ tính toán của thép. Trạng thái làm việc Kí hiệu Cường độ tính toán *Kéo, nén, uốn -Theo giới hạn chảy -Theo giới hạn bền Trượt, cắt = 0.58 Ép mặt lên đầu nút (khi tì sát) Ép mặt trong khớp trụ khi tiếp xúc mặt Ép mặt theo đường kính của con lăn TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH *Trong đó - : cường độ tính toán của thép chiu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy. - : cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép. - : cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt. - : cường độ tính toán của thép theo sức bền kéo đứt. - : cường độ tính toán chịu cắt của thép. - : hệ số làm việc cấu kiện ( Tra phụ lục I.14./306) - : hệ số an toàn vật liệu = 1,05. - : hệ số an toàn đối với cấu kiện khi tính giới hạn bền( =1,3) -A : diện tích của tiết diện thực. V.Tính toán cấu kiện 1.Cấu kiện chịu kéo nén đúng tâm ( TH1) N ( TH2) 2.Cấu kiện chịu uốn Trong đó : - : moment chống uốn của tiết diện thực. TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH -I :moment quán tính của tiết diện thực. S : moment tĩnh của phần tiết diện trượt đối với trục trung hòa. t : bề dày cấu kiện -M,V : moment uốn và lực cắt do tải trọng tính toán. VD : 1.Kiểm tra khả năng chịu lực(theo 2 trường hợp) của cột thép đặc chịu nén có tiết diện I20 dùng loại thép (CT34) chịu tác dụng bởi lực nén N = 40 T (như hình vẽ). 2.Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm thép đặc có tiết diện I10 (theo TH1), dùng thép CT34, chịu tác dụng của tải trọng tập trung P=100 kN(như hình vẽ). Nếu không đủ KNCL bạn hãy thiết kế lại chọn tiết diện I khác để chịu được tải trọng trên. TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH Chương 2 : LIÊN KẾT Bài 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC LOẠI LIÊN KẾT Tất cả các công trình kết cấu thép được hình thành do sự tổ hợp các cấu kiện thông qua các công cụ liên kết. I.Liên Kết Đinh Tán: Cách thức thi công : khoan lỗ qua thép cơ bản nung đỏ 1 đầu còn lại, sau đó luồn đinh vào lổ và tán đầu đinh còn lại. -Ưu điểm : chịu tải trọng động rất tốt -Nhược điểm : khó thi công ở độ cao lớn và cần nguồn nhiệt lớn.Hiện nay hạn chế dùng. II.Liên Kết Bulông: -Cách thức thi công khoan lỗ qua thép cơ bản, luồn bulông và xiết ốc vít -Đặc điểm : có thể chế tạo nhiều loại bulông có đường kính khác nhau và khả năng chịu lực khác nhau [...]... đến 10 0 mm (bulơng neo) Bảng quan hệ đường kính bulơng Abn( có ren), A( ko ren) và bước ren TCVN 19 16 19 95d(mm) Bước p(mm) 16 ren 2 18 20 22 24 27 30 36 42 48 2.5 2.5 2.5 3 3 3.5 4 4.5 5 A (cm2) 2. 01 2.54 3 .14 3.80 4.52 5.72 7.06 10 .17 13 .85 18 .09 Abn (cm2) 1. 57 1. 92 2.45 3.03 3.52 4.59 5.60 8 .16 11 .20 14 .72 II III IV Bulơng thơ – bulơng thường Bulơng tinh Bulơng cường độ cao BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1. .. so với đường hàn 1 đoạn a = 15 0 mm Dùng thép CT34, que hàn , BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG 15 0  V V 005 lw M 200 13 14 Hình 17 : hình ví d? Chọn Moment lệch tâm = 15 .7000 = 10 50 (KG.cm) Khả năng chịu lực của đường hàn theo tiết diện 1 : BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH  Khả năng chịu... tốn f= 210 0KG/cm2, que hàn N42, hàn tay, thép khơng đều cạnh hàn theo theo phương cạnh dài BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG Hệ số điều kiện làm việc: + c =0,95 tính cho thanh số 1 + c =0,8 tính cho thanh số 2 + c =0,75 tính cho thanh số 3 III.LIÊN KẾT CĨ BẢN GHÉP 1 .Cấu tạo t1 a) t t1 20-30 b) d) 10 -20 c) 5 0 e) 50 =5t1 Hình 16 : liên kết hàn... thường, hệ số làm việc của cấu kiện γc=0.9 lw 50 lw M lw 50 M lw N N l BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG Bài 2.5 CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP I .Cấu Tạo Chung Bulơng 30° h=0,6d d 7 , 1 = D d 2 do d h=0,6d lo S l Hình18 Cấu tạo của bulông - Thân là đoạn thép tròn có đường kính từ 12 – 48 (mm) - Thường dùng từ 16 -30 (mm) - Trong những... e 1 l và N 1 e 2 N  N l 2 w2 : là đường hàn sóng : đường hàn mép BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG VD: thiết kế lin kết hn giữa thanh thp gĩc L80x6 với thp bản t =12 mm, chịu tc dụng của lực ko N= 2,5T, Dùng thép CT34, , dng que hn N42 12 N L80x6 2.Thiết kế liên kết hàn giữa 2 thanh thép góc có số hiệu và thép cơ bản có chiều dày t = 14 mm chịu... 800 KN dùng thép CT34, N42, Hệ số điều kiện làm việc 14 N 2L100x12 Thép góc đều 2 cạnh K = 0,7 Thiết kế đường hàn: BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Tổng chiều dài đường hàn Chiều dài đường hàn sóng Ta có : Chọn = cm Chiều dài đường hàn mép Chọn cm VD: Thiết kế liên kết hàn giữa các thép góc với thép bản tại một mắt dàn ( xem hình) Dùng thép CT34... hàn theo TCVN 3223 :19 94 Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn Cường độ tính tốn fwf fwun (kG/ cm2) (kG/ cm2) N42, N42-6B 410 0 18 00 N46, N46-6B 4500 2000 N50, N50- 6B 4900 215 0 - cường độ tính tốn của đường hàn góc: BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG h f f 2 1 h t 1 h f f t S h f +Ứng với tiết diện 1 : là cường độ tính tốn chịu cắt của thép đường hàn, kí... 0,8.Dùng thép CT34, phương pháp kiểm tra thơng thường BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG 02 8 w M t l t v M v 14 -Xác định chiều dài của đường hàn -Khả năng chịu lực của đường hàn chịu nén -Ứng suất tiếp của đường hàn Với BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG Vậy đường hàn đủ khả năng chịu lực fwt= 18 00kG/cm2... liên kết hàn với đường hàn góc chịu M, V -chịu M : BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH -chịu V : lực cắt -chịu M + V *Trong đó : moment kháng uốn đường hàn theo tiết diện 1 : moment kháng uốn đường hàn theo tiết diện 2 : diện tích tính tốn của đườn hn theo tiết diện 1 v 2 Vd : Tính liên kết Congsol chữ I và 1 thép bản có tiết diện 500x200x13 chịu... Ví dụ 1: Kiểm tra độ bền của đường hàn đối đầu liên kết 2 bản thép BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 1 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG txb= 10 x 250 (mm) chịu tác dụng lực kéo Dùng thép CT34 phương pháp kiểm tra thơng thường N 0 5 2 N 10 -Xác định chều dài của đường hàn -Khả năng chịu lực của đường hàn chịu kéo 2.Kiểm tra khả năng chịu lực của đường hàn đối đầu nối 2 bản thép