CHƯƠNG 10 LIÊN KẾT NỐI CỘT

CHƯƠNG 10 LIÊN KẾT NỐI CỘT LIÊN KẾT NỐI CỘT 241 1. GIỚI THIỆU Chi tiết nối cột trong nhà cao tầng thường được bố trí cách khoảng 2 – 3 tầng, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế tạo, vận chuyển và thi công trên công trường, vị trí bố trí thường nằm khoảng giữa tầng, vì nội lực ở đây tương đối nhỏ, đồng thời, tạo điều kiện cho công nhân có thể đứng trên sàn để bắt bu lông. Mối nối cột làm nhiệm vụ giữ cho các thành phần liên kết với nhau chính xác, đồng trục. Nếu có những yêu cầu về kiến trúc, nối cột không đồng trục gây ra mômen lệch tâm thì cần được kiểm tra trong quá trình thiết kế. Hình 10.1. Một số chi tiết nối cột Có hai kiểu nối cột, dành cho tiết diện chữ I,H và dùng cho tiết diện ống Mối nối dùng bản thép ốp dùng cho tiết diện chữ I,H : - Loại có tiếp xúc : tải trọng đứng truyền trực tiếp thông qua mặt tiếp xúc giữa cột trên và cột dưới, hoặc thông qua bản thép đặt nằm ngang đối với cột có kích thước tiết diện khác nhau. Loại mối nối này thường đơn giản và cần ít bu lông hơn loại mối nối không tiếp xúc, chính vì thế, nó thường được dùng nhiều trong thực tế. - Loại không có tiếp xúc : tải trọng truyền thông qua bu lông và bản ốp, bất cứ tiếp xúc nào giữa cột trên và cột dưới đều được bỏ qua và xem như không có truyền lực, vì thế thông thường, người ta thường bố trí khoảng hở nhỏ giữa 2 đầu cột. Mối nối dùng bản thép nối ở đầu cho tiết diện ống và tiết diện I,H - Loại mối nối này cấu tạo bao gồm một bản thép nối được hàn sẵn vào hai đầu cột, và sau đó bắt bu lông lại với nhau, loại này thường được dùng cho tiết diện ống, hộp và cũng có thể dùng cho tiết diện mở. - Mặc dù thường được sử dụng, nhưng việc chế tạo bản nối cần phải đạt được những yêu cầu theo tiêu chuẩn EN 1993-1-8 mục 6.2.7.1(13) và (14), nếu mối nối loại này LIÊN KẾT NỐI CỘT 242 được dùng thì cần phải chắc rằng bản nối đủ dày và bu lông bố trí gần cánh để tăng độ cứng cho mối nối. Hình 10.2. Minh họa mối nối sử dụng bản nối ở đầu. Hình 10.3. Minh họa mối nối sử dụng bản thép ốp loại tiếp xúc. Hình 10.4. Minh họa mối nối sử dụng bản thép ốp loại không tiếp xúc. 2. ĐẶC TRƯNG VỀ MỐI NỐI Mối nối tiết diện thép chữ I Có hai kiểu mối nối như hình 10.3 và 10.4 phía trên, quá trình chế tạo cần tuân thủ những yêu cầu nhất định để tạo mặt phẳng có thể truyền trực tiếp lực nén từ trên xuống dưới. LIÊN KẾT NỐI CỘT 243 Loại mối nối không tiếp xúc thường được ưu tiên lựa chọn vì một số lý do kinh tế. Tuy nhiên, trong quá trình thi công nếu gặp phải khó khăn (ví dụ như đối với công trình có sẵn) thì mối nối không tiếp xúc được sử dụng, khoảng hở giữa hai đầu cột đượckể đến trong tính toán thiết kế mối nối. Trong mối nối cột có kích thước tiết diện khác nhau, các bản đệm sẽ được thêm vào, để tiết kiệm, không nên có nhiều hơn 2 loại tiết diện tại mối nối. Vỉ một số yêu cầu của kiến trúc, kích thước bề rộng cột được chú ý, thì bu lông đầu chìm và bản ốp bên trong sẽ được ưu tiên sử dụng. Bu lông sử dụng Yêu cầu về cường độ tuân theo tiêu chuẩn EN 1993-1-8, kích thước tuân theo các yêu cầu được qui định trong muc 3.5 của tiêu chuẩn. Trong hầu hết trường hợp, bu lông cấp độ bền 8.8 được sử dụng, thích hợp cho bản ốp và cánh cột, nếu yêu cầu mối nối phẳng, bu lông mũ chìm sẽ được dùng. Kích thước Yêu cầu về mối nối : - Mối nối phải có khả năng chịu được tải trọng thiết kế - Cấu kiện phải được chế tạo chính xác và ăn khớp với nhau - Mối nối phải đảm bảo độ liên tục, độ cứng theo cả hai phương - Mối nối phải đảm bảo độ ổn định vững chắc trong quá trình thi công lắp dựng. 3. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ Trong luận văn này loại mối nối cột có tiếp xúc được chọn để thiết kế Một điều lưu ý ở đây là, theo hướng dẫn tính toán thiết kế của học viện công trình thép (Steel Construction Institute), tính toán mối nối cột hầu như rất đơn giản, mối nối chỉ có vai trò truyền tải trọng đứng từ phía trên xuống, lực cắt theo phương ngang được bỏ qua do ma sát ép mặt triệt tiêu, mômen theo hai phương xem như không đáng kể, nhưng trong thực tế, nội lực trong cột tương đối phức tạp, đặc biệt là khung không gian. Vì thế, thiên về tính an toàn, thực hiện các bước thiết kế như sau. KIỀM TRA 1 : Chi tiết cấu tạo KIỂM TRA 2 : Bu lông trên bản ốp bụng KIỂM TRA 3 : Bu lông trên bản ốp cánh. LIÊN KẾT NỐI CỘT 244 KIỂM TRA 1 Chi tiết cấu tạo bản ốp ngoài (1) Định vị lỗ bu lông tuân thủ theo tiêu chuẩn EN 1993-1-8 (2) Đường kính bu lông ít nhất 75% bề dày bản đệm (3) Bề dày bản ốp ít nhất là 10mm (4) Không nên có nhiều hơn hai loại tiết diện tại mối nối LIÊN KẾT NỐI CỘT 245 KIỂM TRA 1 Chi tiết cấu tạo bản ốp trong (1) Định vị lỗ bu lông tuân thủ theo tiêu chuẩn EN 1993-1-8 (2) Đường kính bu lông ít nhất 75% bề dày bản đệm (3) Bề dày bản ốp ít nhất là 10mm (4) Không nên có nhiều hơn hai loại tiết diện tại mối nối LIÊN KẾT NỐI CỘT 246 KIỂM TRA 2 Bu lông trên bản ốp bụng Bu lông bản bụng chịu lực cắt V 2 (lực cắt nằm trong mặt phẳng trục chính của tiết diện) Điều kiện : 2 Rd V n F Với F Rd = min ( F v,Rd , F b,Rd ) Trong đó : Cường độ chịu cắt của một bu lông : , 2 v ub v Rd s M fA Fn    α v : 0,6 cho bu lông cấp độ bền 8.8 0,5 cho bu lông cấp độ bền 10.9 A : Diện tích chịu kéo của 1 bu lông n s : Số mặt cắt tính toán γ M2 = 1,25 Cường độ ép mặt của một bu lông : 1 , 2 bu v Rd M k f dt F    k 1 : 11 00 min 2,8 1,7;1,4 1,7;2,5 ep dd     α b : 22 0 0 , 1 min ; ; ;1 3 3 4 ub up f ep d d f      f u,b : Giới hạn bền của bản ốp t : Tổng chiều dày nhỏ nhất trượt về cùng một phía f ub : Giới hạn bền của bu lông d : Đường kính bu lông γ M2 = 1,25 LIÊN KẾT NỐI CỘT 247 KIỂM TRA 3 Bu lông trên bản ốp cánh Bu lông bản cánh chịu lực cắt V 3 , mômen M 2 (nằm trong mặt phẳng trục phụ của tiết diện) và mômen M 3 (nằm trong mặt phẳng trục chính của tiết diện) Điều kiện : REd d VF V Ed là lực cắt tác dụng lên 1 bu lông ở khoảng cách xa tâm nhóm bu lông nhất Lực cắt tác dụng lên bu lông do M 3 gây ra : Mômen M 3 sinh ra 1 cặp ngẫu lực tác dụng vào bu lông, để anh toàn, xem cánh tay đòn bằng chiều cao tiết diện cột h, coi các bu lông chịu tải như nhau thì lực tác dụng lên 1 bu lông là : 3 3 M M V nh   Với n là tổng số bu lông trên bản ốp. Lực cắt tác dụng lên bu lông do V 3 gây ra : Lực cắt tác dụng trong mặt phẳng bản ốp, coi như các bu lông chịu tải bằng nhau thì mỗi bu lông chịu lực theo phương ngang bằng : 3 3 2 V V V n  Giá trị 2 kể đến 2 bản ốp , n là tổng số bu lông trên bản ốp Lực cắt tác dụng lên bu lông do M 2 gây ra : Mômen M 2 gây xoắn trong mặt phẳng bản ốp, sử dụng công thức quen thuộc xác định lực cắt tác dụng lên bu lông ngoài cùng xa tâm quay nhất: 2 2 max 2 M i Ms V s   Với s max là khoàng cách từ trọng tâm nhóm bu lông đến bu lông xa nhất, Σs i 2 = Σx i 2 + Σy i 2 (x i , y i là hình chiếu đứng và chiếu bằng của khoảng cách s i ) Tổng lực cắt tác dụng lên 1 bu lông xa tâm nhóm bu lông nhất LIÊN KẾT NỐI CỘT 248 3 2 3 2 2 2 Ed M M V V V V V   F Rd = min ( F v,Rd , F b,Rd ) Trong đó : Cường độ chịu cắt của một bu lông : , 2 v ub v Rd s M fA Fn    α v : 0,6 cho bu lông cấp độ bền 8.8 0,5 cho bu lông cấp độ bền 10.9 A : Diện tích chịu kéo của 1 bu lông n s : Số mặt cắt tính toán γ M2 = 1,25 Cường độ ép mặt của một bu lông : 1 , 2 bu v Rd M k f dt F    k 1 : 11 00 min 2,8 1,7;1,4 1,7;2,5 ep dd     α b : 22 0 0 , 1 min ; ; ;1 3 3 4 ub up f ep d d f      f u,b : Giới hạn bền của bản ốp t : Tổng chiều dày nhỏ nhất trượt về cùng một phía f ub : Giới hạn bền của bu lông d : Đường kính bu lông γ M2 = 1,25 . CHƯƠNG 10 LIÊN KẾT NỐI CỘT LIÊN KẾT NỐI CỘT 241 1. GIỚI THIỆU Chi tiết nối cột trong nhà cao tầng thường được bố trí cách khoảng. tăng độ cứng cho mối nối. Hình 10. 2. Minh họa mối nối sử dụng bản nối ở đầu. Hình 10. 3. Minh họa mối nối sử dụng bản thép ốp loại tiếp xúc. Hình 10. 4. Minh họa mối nối sử dụng bản thép. tạo bản nối cần phải đạt được những yêu cầu theo tiêu chuẩn EN 1993-1-8 mục 6.2.7.1(13) và (14), nếu mối nối loại này LIÊN KẾT NỐI CỘT 242 được dùng thì cần phải chắc rằng bản nối đủ dày