chương 1 thép và sự làm việc của kết cấu của thép

Email : lvthonghcmuarc.edu.vn 2 1. CHÖÔNG 1 : THEÙP SÖÏ LAØM VIEÄC CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP 2. CHÖÔNG 2 : LIEÂN KEÁT KEÁT CAÁU THEÙP 3. CHÖÔNG 3 : THIEÁT KEÁ DAÀM SAØN THEÙP 4. CHÖÔNG 4 : THIEÁT KEÁ COÄT THEÙP 5. CHÖÔNG 5 : THIEÁT KEÁ DAØN THEÙP NOÄI DUNG CHÖÔNG TRÌNH

Trang 1

GV: Leâ Vaên Thoâng Địa chỉ : KXD-ĐH Kiến Truùc TP.HCM

Email : lvthong@hcmuarc.edu.vn

Trang 2

1 CHƯƠNG 1 : THÉP & SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP

2 CHƯƠNG 2 : LIÊN KẾT KẾT CẤU THÉP

3 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ DẦM SÀN THÉP

4 CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CỘT THÉP

5 CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ DÀN THÉP

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

Trang 3

CHƯƠNG 1: THÉP & SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 4

CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG

A CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

Trang 7

B NGOẠI LỰC & NỘI LỰC

Trang 8

C CƯỜNG ĐỘ & ỨNG SUẤT

Trang 10

D KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ

Trang 12

CÁC TIÊU CHUẨN VIỆT NAM ÁP DỤNG

Trang 13

Bài giảng này có tham khảo thêm các tài liệu sau đây

1 Bài giảng của các Thầy Cô ở Bộ Môn KCCT- KXD- Đại học Kiến Trúc Tp.HCM

2 Bài giảng của TS Đinh Văn Thuật – ĐHXD Hà Nội

3 Các tài liệu trên internet

Người soạn bài giảng chân thành cảm ơn đến các Thầy Cô và tác giả của các bài viết, hình ảnh trên internet.Vì kiến thức của người soạn bài giảng có hạn, nên rất mong nhận được sự đóng góp của các bạn tham khảo bài giảng này để các bài giảng sau được tốt hơn.

Mọi ý kiến đóng góp, xin gởi email về địa chỉ email : lvthong@hcmuarc.edu.vn

Trang 14

I.1 Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng KCT I.2 Quy cách thép dùng trong xây dựng

I.3 Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng

I.4 Các hiện tượng phá hoại giòn của thép

I.5 Phương pháp tính kết cấu thép

I.6 Tính toán các cấu kiện thép

NỘI DUNG

Trang 15

I.1 Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng KCT

1.1.Ưu điểm của KCT

cậy trong quá trình sử dụng.

 Khả năng chịu lực lớn: vật liệu thép có cường độ lớn;

 Độ tin cậy cao: cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn

hồi và dẻo của vật liệu gần sát nhất với các giả thiết tính toán

Trọng lượng nhẹ nhất so với các kết cấu chịu lực khác ( BTCT , gạch đá , gỗ , )

Kết cấu thép nhẹ nhất trong số các kết cấu chịu lực như: BTCT, gạch đá, gỗ

c

f





Trang 16

•Đạt được trình độ công nghiệp hóa cao trong

sản xuất và dựng lắp

Có tính kín cao nhất

Trang 17

1.2.Khuyết điểm của KCT

với không khí

nhưng không cháy

Thép không cháy nhưng ở nhiệt độ t=500÷6000C, thép chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực, kết cấu bị sụp đổ dễ dàng

Chú ý : Không được tăng bề dày của vật liệu thép

Với mục đích chống ăn mòn hoặc nâng cao khả năng chống cháy của kết cấu thép

Cần bảo vệ kết cấu thép bằng gạch chịu lửa, bằng BT, hoặc amiang ở những công trình dễ cháy

Trang 19

1.3.Phạm vi sử dụng của KCT

biệt là mái các công trình vượt nhịp lớn

trọng nặng

Các loại kết cấu di động

Trang 23

1.4.Yêu cầu cơ bản đối với KCT

oYêu cầu về sử dụng

 Thỏa mãn các yêu cầu về chịu lực

 Đảm bảo độ bền lâu thích đáng

 Đẹp cũng là 1 yêu cầu quan trọng đối với nhà công cộng có kết cấu lộ ra ngoài

oYêu cầu về kinh tế

Tiết kiệm vật liệu

 Tính công nghệ khi chế tạo

 Lắp ráp nhanh

 Điển hình hóa KCT

Trang 24

1.4.Yeõu caàu thieỏt keỏ KCT

lí về mặt kinh tế - kĩ thuật

tự động, hàn bán tự động, bu lông c-ờng độ cao

bụi, sơn, tránh tụ n-ớc Tiết diện hình ống phải đ-ợc bịt kín hai đầu.

CHệễNG 1: THEÙP & Sệẽ LAỉM VIEÄC CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

Trang 25

Hướng phát triển của kết cấu thép hiện nay :

Aùp dụng rộng rãi các loại kết cấu tiên tiến như hệ lưới thanh không gian,

kết cấu ứng suất trước, kết cấu treo, kết cấu vỏ mỏng.

Dùng rộng rãi các loại thép hình mới, thép cán nguội, thép cường độ cao.

Dùng phương pháp và phương tiện tính toán hiện đại.

Công nghiệp hoá toàn bộ quá trình chế tạo, vận chuyển và dựng lắp.

Trang 26

I.2 Quy cách thép dùng trong xây dựng

2.1 Sơ lược quá trình sản xuất gang và thép

Thép và gang : đều là hợp chất của Fe và C , còn các chất khác có tỉ lệ không đáng kể : O , P , Si , .

Quặng sắt ( Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 )  luyện trong lò cao  Gang (hợp kim Fe ,

C với lượng C trên 1,7%)  Qua lò luyện thép để khử bớt C  Thép

 Như vậy thép và gang được phân biệt dựa vào hàm lượng C

C > 1,7%  Gang

C < 1,7%  Thép

Thép xây dựng là loại thép C thấp, với lượng C<0.22%.

Trang 28

2.2 Phân loại thép trong xây dựng

 Thép lò quay

 Thép lò bằng

 Thép tĩnh : trong quá trình nguội không có hơi bốc ra như thép sôi, do đã được

thêm những chất khử oxy như Si, Al, Mn, v.v… Loại thép này chịu lực động tốt, khó bị phá hoại giòn.

 Thép nửa tĩnh : là trung gian giữa thép tĩnh và thép sôi, trong đó oxy không được khử hoàn toàn

 Thép sôi : thép khi nguội, bốc ra nhiều bọt khí như oxy, cacbon oxyt Các bọt khí tạo thành những chỗ không đồng nhất trong cấu trúc của thép, khiến thép sôi có chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại giòn và bị lão hóa

Trang 29

oTheo thành phần hóa học

Thép than thấp

Thép cacbon vừa và cao

Thép hợp kim thấp

Thép cường độ cao

Trang 30

2.3 Cấu trúc và thành phần hóa học của thép

Cấu trúc : Thép có cấu trúc tinh thể, thép gồm có hai tổ chức chính

 Ferit : chiếm 99% thể tích , là sắt nguyên chất , màu sáng , có tính mềm và dẻo

 Màng xementit bao quang hạt Ferit : là hợp chất Fe3C , cứng và dòn

Trang 31

+ Mn, làm tăng cường độ và độ dai của thép Nếu hàm lượng Mn

vượt quá 1.5%, thép trở nên giòn

+ Si, làm tăng cường độ của thép nhưng làm giảm tính chống gỉ,

tính dễ hàn Hàm lượng Si không quá 0.3% đối với thép cacbon

thấp

+ P, làm giảm tính dẻo và độ dai va chạm của thép, đồng thời làm

thép trở nên giòn nguội (giòn ở nhiệt độ thấp)

+ S, làm thép trở nên giòn nóng (giòn ở nhiệt độ cao), nên dễ bị

nứt khi hàn và rèn

Trang 32

2.4 Các mác thép dùng trong xây dựng

Thép làm kết cấu chịu lực là thép lò Martin hoặc lò quay thổi ôxy, rót sôi, nửa tĩnh và tĩnh.Không dùng thép sôi cho các kết cấu hàn chịu lực

nặng hoặc tải động

Trang 33

ThÐp c¸c bon TCVN 1765 : 1975

Trang 37

Trang 39

oThép cường độ cao

Trang 40

2.5 Quy cách thép dùng trong xây dựng

Trang 41

Thép góc : TCVN 1656:1993 & TCVN 1657:1993

Là loại thép cán nóng Có 2 loại : đều cạnh(50 loại) và không

đều cạnh(72 loại).Ký hiệu L40x4; L33x40x4

Có 2 mép song song, dài từ 4-13m

PVSD : thanh chống, thanh dàn, TD ghép làm dầm cột, cột điện

…

Trang 43

Có độ cứng theo phương x rất lớn so với phương y

PVSD: làm kết cấu chịu uốn phẳng như dầm, hoặc cột nhưng TD

ghép

Trang 45

Kí hiệu C30 (cao 30cm), dài 4-13m

Mặt bụng phẳng, cánh vươn rộng nên Có sự ổn định theo phương y

khá tốt

PVSD: dầm chiïu uốn xiên như xa gồ, ghép thành tiết diện đối xứng

làm cột, làm thành dàn cầu

Trang 46

Tiết diện đối xứng, vật liệu nằm xa trục

trung hòa, chịu lực và ổn định tốt

PVSD : làm thanh dàn, đặc biệt là dàn

không gian, kết cấu cột tháp cao

Ngoài ra còn có thép hộp, thép ray,Thép

vuông đặc…

Trang 48

 Thép tấm mỏng =0.2-4mm,B=600-1400,L=1,2-4m.

 PVSD: làm bản sàn, kết cấu chịu lực dạng tổ hợp

 Ngoài ra còn có thép bản vân dùng làm sàn nhà công nghiệp, tấm bậc thang Thép tấm lượn sóng làm tấm lợp…

Thép bản

Trang 49

Các tấm thép mỏng =2-16mm mang dập nguội mà thành thép

góc, thép C, thép Z, tiết diện hộp…

PVSD : vành mỏng nhẹ nhàng nên dùng cho kết cấu chịu lực

nhẹ nhưng yêu cầu độ ổn định lớn

Trang 51

Thép phổ thông

Có đường kính từ 6-80mm

Có 2 loại : trơn và có gân

PVSD: thanh căng của vòm , bu lông neo, bu lông chịu lực

Thường dùng trong kết cấu bê tông cốt thép

Trang 52

H

Trang 53

 Biểu đồ ứng suất- biến dạng khi kéo

 Các đặc trưng cơ học của thép

I.3 Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng

Trang 54

3.1 Sự làm việc của thép khi chịu kéo

Biểu đồ ứng suất- biến dạng khi kéo

Trang 55

Các đặc trưng cơ học của thép

Giới hạn tỉ lệ ( B) : tl = 2000 (daN/cm2)

 Đây là giới hạn rất quan trọng để đánh giá KNCL của thép , vì :  > c: thép không làm việc được

  tl : dùng lý thuyết đàn hồi , với E = const

 tl <  < c = fy : dùng LT đàn hồi dẻo , với E  const

  = c : dùng lý thuyết dẻo

Giới hạn bền :

 Là giới hạn cuối cùng trước khi thép bị phá hoại

 Khi tính với thép CT3 : c = 2400 (daN/cm2)  b = fu = 3800

(daN/cm2) : cho VL một độ dự trữ an toàn cao về cường độ giữa TT làm việc và TT phá hoại

Trang 56

Biến dạng khi đứt 0 :

 Đặc trưng cho độ dẻo và độ dai của thép

 Biến dạng khi làm việc đàn hồi : c = 0,2% ;

Biến dạng khi đứt : b = 22% , gấp 100 lần c  nghĩa là cho vật liệu một lượng dự trữ an toàn cao về biến dạng

 E = tg Trong giai đoạn đàn hồi

 OC : E = 2,06 106 (daN/cm2)

 CD : E = 0

 DE : coi E = 0

Các đặc trưng cơ học của thép

Cơ chế làm việc như trên của thép có thể giải thích được bằng cấu trúc hạt của thép cấu trúc tinh thể của các hạt ferit

Trang 58

Hiện tượng thềm chảy chỉ có ở thép có hàm lượng cacbon từ 0,1% đến

0,3%

Đối với thép có hàm lượng cacbon cao thì biểu đồ  -  hầu như không

có thềm chảy : sau giai đoạn đàn hồi, đường cong chuyển ngay sang giai đoạn củng cố Ơû loại thép này, giới hạn chảy được qui ước lấy ứng với biến dạng

dư là 0,2%

Trang 59

3.2 Sự làm việc của thép khi chịu nén

 Các đặc trưng cơ học tính toán trong giai đoạn làm việc đàn hồi và đàn hồi dẻo giống sự làm việc chịu kéo : cùng E , tl , đh , c

 Mẫu ngắn : ( dạng khối ) Quan hệ ứng suất – biến dạng giống chịu

kéo Trong giai đoạn củng cố thì không xác định được ứng suất bền (

b ) ở thép cacbon thấp, mẫu thép bị phình ra và tiếp tục chịu được tải lớn

 Mẫu dài : (dạng thanh ) Thanh sẽ bị phá hoại do hiện tượng mất ổn

định

Trang 61

Tính cấu kiện trong giai đoạn đàn hồi

 Tiết diện chữ nhật : Wd =1.5W

 Tiết diện chữ I : Wd =1.15W

 Tiết diện chữ C : Wd =1.2W

 Tiết diện tròn đặc : Wd = 1.3W

kiện đạt được đồng thời 3 điều kiện sau:

 Dầm đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể

 Dầm chỉ chịu tải trọng tĩnh

 Tại chỗ có Mmax , ứng suất tiếp :  <= 0.4f

3.3 Sự làm việc của thép khi chịu uốn

Trang 63

Sự phá hoại của KCT có thể xảy ra dưới 2 hình thức:

 Phá hoại dẻo: không đột ngột và nguy hiểm

 Phá hoại dòn: không báo trước và nguy hiểm

 HT cứng nguội

 HT lão hóa

 HT ứng suất phân bố không đều

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Thép làm việc chịu tải trọng lặp

 Độ dai va đập

I.4 Các hiện tượng phá hoại giòn của thép

Trang 64

 Là HT thép trở nên cứng sau khi bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ thường : tăng giới hạn đàn hồi của thép do bị biến dạng dẻo trước

 Kéo mẫu thép quá giai đoạn chảy thì thềm chảy của thép không còn, thép hầu như làm việc trong GĐ dẻo với biến dạng phá hoại nhỏ Khi đó làm tăng cường độ chịu lực c nhưng  < bđ

 Sự cứng nguội làm tăng cường độ thép nhưng làm thép dòn

 Nguyên nhân : khi gia công nguội các cấu kiện uốn, cắt, đột lỗ…, dẫn đến quy định gia công thép

4.1 Hiện tượng cứng nguội

Trang 65

 Là hiện tượng thép trở nên già theo thời gian

 Kéo mẫu thép để sau vài chục năm: c và b tăng; độ giãn dài và độ dai xung kích giảm, thép trở nên giòn hơn, tính dẻo mất dần

 Nguyên nhân: khi luyện thép, một số tạp chất còn lẫn trong hạt ferit,

qua thời gian chúng ra khỏi hạt ferit và làm dày màng pectit  làm

tăng cường độ chịu lực

 Không nên lơi dụng hiện tượng già của thép để tăng cường độ

4.2 Hiện tượng lão hóa

Trang 66

 Khi trong cấu kiện có lỗ khuyết, rãnh cắt thì các đường sức (quĩ đạo

các ứng suất chính) có dạng tập trung và uốn quanh chỗ cắt Chứng tỏ ứng suất chỗ đó tăng cao và tại đó tồn tại ứng suất theo hai phương làm thép trở nên dòn Đó là hiện tượng ứng suất phân bố không đều

 Hiện tượng ứng suất tập trung không đều chỉ nguy hiểm khi kết cấu

chịu tải trọng động lực Cần tránh bằng cách giảm khoét lỗ, rãnh cắt ,

mặt ngoài cấu kiện nhẵn

Kết cấu chịu tải trọng động lực thì sự tập trung ứng suất là nguy hiểm

vì làm cho thép dễ bị phá hoại giòn.

4.3 HT ứng suất phân bố không đều

Trang 69

 Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học của thép.

 Ở nhiệt độ t = 200 - 2500C : tính chất cơ học thay đổi ít

 Ở nhiệt độ t = 300 - 3500C : thép dòn , chịu lực xung kích kém

 Ở nhiệt độ t = 350 - 6500C : tính dòn mất đi, cường độ hạ xuống

 Ở nhiệt độ t > 6500C: chảy dẻo, không còn chịu lực được

 Ở nhiệt độ t < -450C : rất dòn, phải dùng thép đặc biệt chịu nhiệt độ thấp

4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Trang 70

 Tải trọng lặp là tải trọng có chiều hay trị số tác dụng thay đổi lặp đi lặp lại nhiều lần

 Khi chiụ tải trọng lặp, kết cấu thép giảm cường độ, có thể bị phá hoại ở cường độ nhỏ hơn giới hạn bền  đó là hiện tượng mỏi của thép.

 Sự mỏi làm thép bị phá hoại dòn, thường đột ngột và kèm theo vết nứt

 Ứng suất phá hoại mỏi của thép gọi là cường độ mỏi ff, ff phụ thuộc vào số chu kỳ lặp ( số lần lặp thông thường là 2x10^6), tính chất thay đổi của tải trọng được đặc trưng bởi tỉ số giữa ứng suất nhỏ nhất và lớn nhất

cùng dấu của chúng và mức độ tập trung ứng suất

Giá trị của ff, tra bảng 40 TCXDVN 338:2005

4.5 Thép làm việc chịu tải trọng lặp

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO SINH VIÊN Lập trình tính toán về mỏi của cấu kiện thép theo TCXDVN 338:2005

Trang 72

Để đánh giá mức độ thép dễ chuyển sang giòn và ảnh hưởng của tậptrung ứng suất, người ta thí nghiệm để tìm ra độ dai xung kích của thép.Dùng một mẫu có cắt khấc như hình vẽ, đặt dưới búa đập : tại tiêt diệncắt khấc, ứng suất phân bố không đều, tác dụng va chạm làm tăng khảnăng vật liệu thép chuyển sang giòn Độ dai xung kích có giá trị bằngcông phá hoại mẫu chia cho diện tích tiết diện mẫu

4.6 Độ dai va đập

Đối với thép CT3, độ dai xung kích vào khoảng a = 7 ~ 10 daNm/cm2

a càng lớn khả năng chống va chạm của thép càng cao

Trang 73

I.5 Phương pháp tính kết cấu thép

thái giới hạn (TTGH)

Trang 74

5.1 Phương pháp tính toán kết cấu theo TTGH

 Gồøm các TT: Phá hoại bền, mất ổn định, mất cân bằng vị trí, KC bị

biến đổi hình dáng

 Điều kiện giới hạn tính toán : N <S

 Gồm các TT ; bị võng , rung , lún …

 Điều kiện giới hạn tính toán :

 Sự hình thành và phát triển khe nứt

 Kết cấu thép không tính theo trạng thái giới hạn này

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	3,36 MB