bài giảng kết cấu thép chương 2 liên kết kết cấu thép

CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT KẾT CẤU THÉP Là liên kết phân tử của các kim loại bị nóng chảy khi dùng dòng nhiệt đốt nóng làm chảy 2 mép thép để hòa lẫn với nhau, Khi nguội lại tạo thành đường hàn

Trang 1

CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT KẾT CẤU THÉP

II.1 Khái niệm chung về liên kết dùng trong KCT

II.2 Tính liên kết hàn

II.3 Tính liên kết bu lông

II.4 Tính liên kết đinh tán

NỘI DUNG

Trang 2

II.1 Khái niệm chung về liên kết dùng trong KCT

KCT sử dụng các loại liên kết sau :

Trang 3

 Là liên kết phân tử của các kim loại bị nóng chảy khi dùng dòng nhiệt đốt nóng làm chảy 2 mép thép để hòa lẫn với nhau, Khi nguội lại tạo thành đường hàn.

 Ưu điểm:

 Giảm công chế tạo và khối lượng kim loại

 Hình thức cấu tạo liên kết đơn giản

 Bền, có tính kín cao

 Tiết diện không cần khoét lỗ nên không giảm yếu

1.1 Liên kết hàn

 Khuyết điểm:

 Khó kiểm tra chất lượng đường hàn

 Một số loại thép có hàm lượng C cao  khó hàn

 Quá trình hàn gây biến hình hàn và ứng suất hàn trong liên kết 

làm tăng tính dòn của kim loại, KC dễ bị vênh

 Không có tính dai , chịu tải trọng động kém

Trang 4

 Giảm yếu do khoét lỗ

 Vẫn còn khe hở giữa lỗ đinh và thân đinh nên liên kết không thật chặt  dễ gây biến dang trượt lớn.

 Dễ bị tuột ốc ( do vặn ecrou không chặt )

1.2 Liên kết bulông

Trang 5

Bu lông cường độ cao

 Tận dụng ưu điểm của liên kết đinh tán và liên kết bu lông

 Được chế tạo bằng thép cường độ cao Khi vặn êcu tạo được lực kéo lớn trong thân đinh, ép chặt các bản thép, liên kết

không bị biến dạng trượt

 Ngày nay được sử dụng rộng rãi nhưng giá thành cao

Trang 6

1.3 Liên kết đinh tán

 LK được gia công 1 đầu trước  ráp vào cấu kiện rồi tán thân đinh thành đầu đinh thứ 2

Ưu điểm : Có tính dai, chịu tải trọng chấn động lớn 

dùng để chế tạo dầm cầu trục nặng , cầu , đường sắt

Khuyết điểm : Tốn vật liệu và công chế tạo : khoét lỗ , nung đinh , nên ít dùng

Trang 7

 2.1 CÁC PP HÀN TRONG KCT, QUE HÀN

 a Các PP hàn dùng trong KCT

 b Que hàn

 c Các yêu cầu chính khi hàn và PP kiểm tra chất lượng Đh

 2.2 CÁC LOẠI ĐH VÀ CƯỜNG ĐỘ

 a Các loại Đh

 b Một số yêu cầu cấu tạo đối với Đh

 c Cường độ Đh

 2.3 PP TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN

II.2 Tính liên kết hàn

Trang 8

2.1 Các phương pháp hàn trong KCT, que hàn

2.1.1 Các phương pháp hàn trong KCT

a Hàn tay hồ quang điện

Trang 9

 Chạm que hàn vào giữa 2 thanh thép cơ bản cần hàn  xảy

ra nối mạch  gây đoản mạch

 Nhấc que hàn lên 2 – 3mm  giữa 2 điện cực ( thép cơ bản và que hàn ) xảy ra hiện tượng phóng điện  tạo hồ quang

 Nhiệt độ cao của ngọn lửa hồ quang (> 20000C) làm 2

tấm thép cơ bản bị nóng chảy (độ sâu nóng chảy 1,5 – 2mm)

 Kim loại que hàn chảy thành từng giọt rơi xuống rãnh hàn

do lực hút của điện trường, 2 kim loại lỏng hòa lẫn vào

nhau, nguội lại tạo thành đường hàn

Trang 10

Công nhân hàn cần chú ý :

 Di chuyển que hàn theo hướng hàn

 Tốc độ hàn phù hợp

 Điều chỉnh khoảng cách giữa que hàn và thép cơ bản (chừng 2–3mm), nếu quá xa hay quá gần  hồ quang bị cắt

 Hạn chế tiếp xúc với không khí  không khí chui vào làm giảm chất lượng đường hàn

Trang 11

b Hàn tự động hồ quang điện

Nguyên tắc làm việc :

 Chạm rồi nhấc lên  hồ quang tạo chìm dưới lớp thuốc hàn

 Máy hàn giữ que hàn di chuyển theo đường thẳng

 Que hàn tự động nhả dần theo tốc độ di chuyển đều của

máy

 Oáng hút thuốc hàn đi sau cùng

Trang 12

 Chất lượng đường hàn tốt

 Tốc độ nhanh (gấp 5 – 10 lần hàn tay)

 Kim loại lỏng được phủ lớp thuốc dày nên nguội dần, bọt khí thoát ra từ từ làm đường hàn đặc hơn

 Không hại sức khỏe thợ hàn do hồ quang cháy chìm

Nhược điểm :

 Chỉ hàn được đường hàn nằm thẳng hoặc tròn

 Không hàn được : đường hàn đứng hoặc ngược, ơÛ vị trí chật hẹp, trên cao Đường hàn ngắn , gãy khúc , đường hàn tròn bán kính cong bé

Trang 13

c Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

Trang 14

 Sử dụng dây hàn trần được nhả tự động

 Kim loại lỏng được bảo vệ bởi môi trường khí, được phun

ra đồng thời khi hàn, không cho tiếp xúc với không khí

 Khí được dùng : khí trơ (argon hoặc helium) hoặc

cacbonic

 Ưu điểm : hồ quang ổn định, vùng chảy sâu, tốc độ hàn

nhanh Được sử dụng phổ biến hiện nay

Nguyên tắc làm việc :

Trang 15

d Hàn hơi ( Hàn gió đá,hàn xì)

Trang 16

 Hỗn hợp cháy là O2 và C2H2 , cho nhiệt lượng cao.

 O2 và C2H2 được nén ở 2 bình riêng , dẫn đến mỏ hàn bằng ống mềm

 Khi cháy , nhiệt độ lên đến 32000C làm nóng chảy kim loại cần hàn và thanh kim loại bù

 Kim loại nguội  tạo đường hàn

Phạm vi sử dụng

 Hàn những tấm kim loại mỏng , những đường hàn của kết cấu chịu lực không cao, hh < 4mm

 Dùng khi mất điện

 Chủ yếu để cắt thép

 Ngoài ra còn phương pháp hàn tiếp xúc dùng hàn đối đầu

trong bê tông cốt thép Tham khảo : www.congnghehan.vn

Trang 17

Que hàn có lớp thuốc bọc

 Khi cháy tạo lớp xỉ cách li không khí xung quanh với kim

loại lỏng, ngăn O 2 , N 2 lọt vào làm đường hàn giòn

 Lớp xỉ phủ làm đường hàn nguội từ từ nên không gây nứt đường hàn

 Lớp xỉ làm hồ quang được ổn định

 Tăng độ bền đường hàn

Que hàn trần :

 Sử dụng cho hàn tự động

 Lớp thuốc bọc được thay bằng lớp bột thuốc hàn phủ trên đường hàn

2.1.2 Que hàn

Trang 18

Que hµn dïng øng víi m¸c thÐp (Tham kh¶o)

 Kí hiệu

 N.42 : cường độ 4200 (daN/cm2)

 N.42A : tăng tính dẻo và độ dai xung kích của kim loại (chịu tải trọng động)

Trang 19

CHÖÔNG 2: LIEÂN KEÁT KEÁT CAÁU THEÙP

KÝch th-íc que hµn ®iÖn TCVN 3223 : 1994 (Tham kh¶o)

Đ-êng kÝnh lâi que

3  5 250 (200)

250 (300)

300 (350) 3,0 (3,25) 6  10 350 (400)

5,0 6,0

450

Trang 20

Trước khi hàn:

 Làm sạch gỉ trên mặt rãnh hàn

 Cường độ dòng điện thích hợp

 Gia công mép đúng qui định

 Chọn que hàn phù hợp

 Kiểm tra máy hàn và các Đk đảm bảo an toàn Lđ

Khi hàn : đảm bảo đúng trình tự hàn

Sau khi hàn: phải kiểm tra lại chất lượng đường hàn

 Kiểm tra bằng mắt

 Dùng phương pháp vật lý : siêu âm, điện từ ,

2.1.3 Các yêu cầu chính khi hàn & phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Tham khảo : www.congnghehan.vn

Trang 21

 Là đường hàn thực hiện trên 2 mép đầu của thanh TCB được đặt trên cùng một mặt phẳng

 Khe hở này còn có tác dụng để các chi tiết hàn biến dạng tự do khi hàn tránh cong vênh

 Có 2 loại : đường hàn đối đầu thẳng góc và đường hàn đối đầu xiên góc với trục cấu kiện

 Yêu cầu : đường hàn cần phải đầy

 Thép mỏng  không cần gia công mép Thép dày (t>8mm) 

cần gia công mép

2.2.1.Đường hàn đối

đầu (đhđđ)

2.2 Các loại đường hàn & cường độ

Trang 22

 Gia công mép tốn công.

 Đặt khoảng cách mép cho đúng  nên cần tay nghề cao (thợ bậc 4)

Trang 23

Khoâng gia coâng

Trang 25

 Là đường hàn nằm ở góc vuông được tạo bởi hai cấu kiện cần hàn

 Tiết diện Đh là 1 tam giác vuông cân, cạnh của tam giác gọi là chiều cao đường hàn hf

2.2.2 Đường hàn góc

(đhg)

Trang 26

Đường hàn góc lõm và đường hàn thoải

 Khi chịu tải trọng động, để giảm tập trung ứng suất trong đường hàn góc đầu dùng đường hàn lõm hoặc đường hàn thoải

Trang 27

 Có 2 loại đường hàn góc

 Đường hàn góc cạnh (Đh mép)

 Đường hàn góc đầu (Đh đầu)

đường hàn mép đường hàn đầu

Trang 28

Ưu và nhược điểm của đường hàn góc

 Thích hợp với đại đa số liên kết

 Không cần gia công mép  dễ hàn vì cùng trên một mặt phẳng, vị trí đặt không cần chính xác kỉ nên chỉ cần thợ

bậc1, 2

 Đường sức qua Đh thay đổi phức tạp hoặc bị uốn cong, gây hiện tượng tập trung ứng suất dễ bị phá hoại dòn chịu lực chấn động không cao

 Tốn thép vì phải thêm bản nối phụ

Trang 29

Sự làm việc của đường hàn góc

Trang 30

 Đường hàn góc cạnh : ứng suất phân bố không đều theo chiều rộng, chiều dài của bản thép cũng như dọc theo đường hàn

 Hai mút đường hàn chịu ứng suất tiếp lớn nhất, nên không nên dùng đường hàn quá dài

 Đường hàn góc đầu: ứng suất tập trung lớn tại chân đường hàn

 Trong tính toán xem như đường hàn góc chỉ chịu cắt qui ước

Trang 33

Các cách phân loại khác

 Theo tính chất làm việc

amax  15tmin : cấu kiện chịu nén

amax  30tmin : cấu kiện chịu kéo, bộ phận cấu tạo

Trang 34

 Theo chiều dày và khả năng hàn

 Đh một lớp

 Đh nhiều lớp

 Theo địa điểm chế tạo :

 Đh nhà máy (công xuởng)

 Đh lắp ráp (công trường)

 Theo vị trí đường hàn (vị trí không gian)

 Đh nằm

 Đh ngược

 Đh đứng

Trang 37

2.2 4.Một số yêu cầu cấu tạo đối với đường hàn

 Qui phạm : h fmin  h f  h fmax

Tránh HT chảy cạn Tránh HT già lửa

 hfmin : tra bảng

 h fmax = 1,2t min

 Những Đh có chiều dày h f lớn hơn 8 mm phải hàn thànhnhiều lượt khi hàn tay, nếu hàn tự động và bán tự động thì

hàn nhiều lượt khi h f lớn hơn 16 mm

 Chiều dài Lmin của ĐH góc không nhỏ hơn 40mm

 Khoảng cách giữa các đường hàn song song không được nhỏhơn 10 lần chiều dày của TCB

Trang 38

Trang 39

Các chú ý khi thiết kế đường hàn góc

Trang 43

2.3 Cường độ đường hàn

Trang 44

CHệễNG 2: LIEÂN KEÁT KEÁT CAÁU THEÙP

C-ờng độ kéo đứt tiêu chuẩn f wun và c-ờng độ tính

toán f wf của kim loại hàn trong mối hàn góc (N/mm 2 )

Trang 45

2.3 Phương pháp tính liên kết hàn

 2.3.1 Tính LK hàn đối đầu

 Khi liên kết chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén)

 Khi liên kết chịu mômen và lực cắt

 2.3.2 Tính LK hàn góc

 Khi liên kết chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén)

 Khi liên kết chịu lực dọc, mômen và lực cắt

 2.3.3 Tính liên kết hỗn hợp

 2.3.4 Ứng suất hàn và biến hình hàn (BHH)

 Hiện tượng và nguyên nhân

 Biện pháp đề phòng BHH

Trang 46

a.Tính liên kết hàn đối đầu chịu lực dọc trục

Dùng liên kết đối đầu thẳng góc :

Trang 47

Dùng liên kết đối đầu xiên góc :

Nếu đường hàn chịu kéo

Nếu đường hàn chịu nén

.sin cos

Trang 48

Dùng liên kết đối đầu thẳng góc :

Trang 49

Dùng liên kết đối đầu xiên góc :

Trang 50

w

c

wt w

w

f A

V

f W

b.Tính liên kết hàn đối đầu môment và lực cắt

Trang 52

Liên kết hàn đối đầu môment và lực cắt tổng quát

Trang 53

2.3.2.Tính liên kết hàn góc

Cấu tạo : có 2 trường hợp

Trang 54

a Liªn kÕt hµn dïng ®-êng hµn gãc, chÞu t¸c dơng cđa lùc däc vµ lùc c¾t

 Theo kim lo¹i ®-êng hµn (tiÕt diƯn 1)

N /(f hf lw)  fwf c

 Theo kim lo¹i ë biªn nãng ch¶y (tiÕt diƯn 2):

N / (shflw)  fws c

 Khi thiết nên chọn trước hf, từ đó tính tổng chiều dài

đường hàn cần thiết :

- lw  4hf và lw  40mm

- lw  85 f hf ; lw = l – 1 (cm)

c min w f

f h

Trang 58

Bảng phân phối nội lực cho đường hàn sống (N 1 ) và đường hàn mép (N 2 )

khi liên kết thép góc và thép bản

Cách liên kết Sơ đồ

Thép góc không

đều cạnh và ghép

cạnh dài

Thép góc không

đều cạnh và ghép

cạnh ngắn

Trang 59

b §-êng hµn gãc chÞu t¸c dông cña m«ment trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi ®-êng hµn

66

2 2

2 1

s ws

w f

f wf

c

ws ws

M c

wf wf

M

lh

W

;

lh

W

fW

M

;

fW

M

Trang 63

 Chỉ dùng đường hàn đầu

 Chỉ có M :

 Có đồng thời M, V

c §-êng hµn gãc chÞu t¸c dơng cđa m«ment

trong mỈt ph¼ng ®-êng hµn, lùc däc, lùc c¾t

6 6

2 2

2 1

s ws

w f

f wf

c

ws ws

M c

wf wf

M

l h

W

;

l h

W

f W

M

;

f W

M

c

ws ws

ws tđ

c

wf wf

wf tđ

f A

V W

M

f A

V W

2

2 2

1

Trang 64

 Chỉ dùng đường hàn mép

 Phân M thành cặp ngẫu lực

bM

Trang 65

 Dùng cả đường hàn đầu và mép

Nguyên tắc tính :

 Tính khả năng chịu lực ĐH đầu

 Mômen do ĐH mép chịu : M2 = M - M1

 Tính từng thành phần ứng suất do từng nội lực gây ra rồi cộngvectơ lại

Trang 69

 Tổng diện tích tiết diện bản ghép :

 Chiều rộng bản ốp < Chiều rộng TCB

 Chiều dài đường hàn =  Chiều dài tính toán của từng đường hàn

 Chọn chiều rộng bản ốp chỉ vừa đủ

Trang 70

Tính khả năng chịu lực của đường hàn đối đầu, thừa bao

nhiêu nội lực ta cho bản ghép chịu

2.3.3.Tính liên kết hỗn hợp

Trang 71

A A

fwt(c): cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo (nén);

 Lực truyền qua bản ghép:

f

bg w

f h

N l



 )min(





Trang 73

2.3.4.Ứng suất hàn và biến hình hàn

Đem thanh thép ngàm

khi nguội thanh bị ngàm

không co lại được

gây ứng suất kéo do nhiệt.

suất do co gọi là ứng suất hàn ( vì do hàn gây ra )

Trang 74

 Khi thiết kế chỉ nên thiết kế vừa đủ đường hàn , không dư quá

 Không nên thiết kế các đường hàn giao nhau hoặc song song quá gần nhau

 Thi công : tuyệt đối tuân theo trình tự hàn

 Tạo biến dạng ngược trước khi hàn

 Dùng khuôn cố định không cho kết cấu biến dạng khi hàn

Biện pháp đề phòng

Trang 75

 3.1 CÁC LOẠI BU LÔNG DÙNG TRONG KC THÉP

 3.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BU LÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BU LÔNG

 3.3 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BU LÔNG

 3.4 TÍNH LIÊN KẾT BU LÔNG

II.3 Tính liên kết bu lông

Trang 76

3.1 Các loại bu lông dùng trong KCT

Cấu tạo

Trang 77

êcu (đai ốc)

long đen (đệm)

Thép cơ bản

 Thân boulone: đoạn thép tròn, d = 12 ÷ 48mm; boulone neo có

d  100mm;

 d0: đường kính trong của phần bị ren;

 Chiều dài của phần ren: l0  2,5d;

 Chiều dài boulone : l = 35 ÷ 300 mm;

Mũ, êcu (đai ốc) thường có hình lục giác;

 Long đen (đệm): hình tròn → phân phối áp lực của êcu lên mặt

thép cơ bản;

Trang 80

Tùy theo cách sản xuất, vật liệu, tính chất làm việc củaboulone, có các loại sau:

Trang 81

 Được gia công sơ sài từ thép tròn than thấp (CT3  CT5), bằng cách rèn, dập

 Vì gia công thô nên độ chính xác thấp , Đk có sai số : 0,75 –

1mm

 Khe hở với lỗ đinh khá lớn : 2-3mm

 Phương pháp tạo lỗ : đột hoặc khoan (nhóm C)

 Chịu ép mặt và cắt không tốt, bị biến dạng nhiều khi làm việc chịu trượt

 Ứng dụng :

 Không dùng trong các công trình quan trọng và khi thép cơ bản có fy > 3800 daN/cm2

 Dùng cho cấu kiện chịu kéo

 Cố định tạm thời , định vị cấu kiện khi lắp ghép

a Bu lông thô & bu lông thường

Trang 82

 Làm từ thép than thấp, hợp kim thấp bằng cách tiện, độ chính

xác cao Gia công, yêu cầu KT chuẩn xác về Đk, răng ốc, lỗ

đinh

 Yêu cầu :

 Không có sai số về Đk

 Khe hở : 0,3 – 0,5mm ( để liên kết chặt )

 Lỗ bulông nhẵn, chất lượng cao ( lỗ loại B )

 Dùng làm KC chịu lực chính nhưng ít dùng vì:

 Chế tạo phức tạp

 Lắp đặt vào lỗ khó ( dùng búa gõ nhẹ )

 Lực căng ban đầu bé, không bằng bulông cường độ cao hoặc đinh tán

Trang 83

Được làm từ thép hợp kim (40Cr 38CrSi, 40CrVaN ),  b= 80 

135 kN/cm2 sau đó gia công nhiệt;

Để đảm bảo khả năng chịu lực của liên kết boulone cường

độ cao, cần gia công mặt các cấu kiện liên kết để tăng tính

ma sát;

Ứng dụng:

Dễ chế tạo, khả năng chịu lực lớn, liên kết ít biến dạng nên

được dùng rộng rãi;

Thay thế cho liên kết đinh tán trong các kết cấu chịu tải

trọng nặng, tải trọng động;

c Bu lông cường độ cao

Trang 84

3.2 Sự làm việc của liên kết bu lông

và khả năng chịu lực của bu lông

a Các giai đoạn làm việc của bu lông

Định dạng
Số trang	149
Dung lượng	2,75 MB