Ví dụ tính toán kết cấu thép hoàng văn quang (chủ biên), hàn ngọc đức, nguyễn quốc cường pdf

Công thức cường độ tính toán của liên kết một bulông Trạng thái làm việc Kýhiệu Cường độ chịu cắt và kéo của bulông ứng với cấp độ bền Cường độ chịu ép mặt của cấu kiện thép CÓ giới hạn

Hoàng Văn Quang (Chủ biên)

Hàn Ngọc Đức

Nguyễn Quốc Cường

ThS Hoàng Văn Quang (Chủ biên)

ThS.Hàn Ngọc Đức-ThS Nguyễn Quốc cường

VI DỤ TINH TOAN

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG

LỜI NÓI ĐẦU

học Kết cấu Thép lù một trong các môn học chuyên môn cho

thức cơ bản vê việc thiết k ế kết cấu Năm 2005 chuẩn

kiện cơ bản".

tính toán kết cấu thép" được hiên soạn theo chuẩn

Kiến trúc cũng như tủi liệu tham khảo cho kỹ sư cán bộ kỹ

thuật xây dựng.

Chúng tôi xin cám ơn sự góp ỷ ThS Mạnh

mong nhận được nhiều ỷ kiến đóng góp phê bình của hạn đọc.

Trường đại học Xây dựng,số55 Dường Giải Phóng Hà Nội.

Các tác giả

Chương 1

VẬT LIỆU CỦA KẾT CÂU VÀ LIÊN KÊT

1.1 VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG KÊT CÂU

Vật liệu thép dùng trong kết cấu phải được lựa chọn thích hợp tùy theo tính chất quan trọng của công trình, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc trưng của tải trọng và phương pháp liên kết, v.v Thép dùng làm kết cấu chịu lực cần chọn loại thép lò Mactanh hoặc lò quay thổi ôxy, rót sôi hoặc nửa tĩnh và tĩnh, có mác tương đương với các mác thép CCT34, CCT38 (hay CCT38Mn), CCT42, theo TCVN 1765 : 1975 và các mác tương ứng của TCVN 5709 : 1993, các mác thép hợp kim thấp theo TCVN 3104 : 1979 Thép phải được đảm bảo phù hợp với các tiêu chuẩn nêu trên về tính năng cơ học và cả về thành phần hoá học

Không dùng thép sôi cho các kết cấu hàn làm việc trong điểu kiện nặng hoặc trực tiếp chịu tải trọng động lực như dầm cầu trục chế độ nặng, dầm sàn đặt máy, kết cấu hành lang băng tải, cột vượt của đường dây tải điện cao trên 60 mét, v.v

Cường độ tính toán của vật liệu thép cán và thép ống đối với các trạng thái ứng suất khác nhau được tính theo các công thức của bảng 1.1

Bảng 1.1 Cường độ tính toán của thép cán và thép ống

Trong bảng này, fy và fu là ứng suất chảy và ứng suất bền kéo đứt của thép, được đảm bảo bởi tiêu chuẩn sản xuất thép và được lấy là cường dộ tiêu chuẩn của thép; yM là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép.Cường đô tiêu chuẩn fy, fu và cường độ tính toán f của thép cácbon và thép hợp kim thấp cho trong bảng 1.2 và bảng 1.3 (với cầc giá trị lấy tròn tới

Cường độ tiêu chuẩn fy và cường độ tính toán f

tiêu chuẩn fukhông phu thuộc

1.2 VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG LIÊN KÊT

a) Liên kết hùn

Kim loại hàn dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu sau:

- Que hàn khi hàn tay lấy theo TCVN 3223 : 1994 Kim loại que hàn phải có cường đô kéo đứt tức thời không nhỏ hơn trị số tương ứng của thép được hàn

- Dây hàn và thuốc hàn dùng trong hàn tự động và bán tự động phải phù hợp với mác thép được hàn Trong mọi trường hợp, cường độ của mối hàn không được thấp hơn cường độ của que hàn tương ứng

Cường độ tính toán của mối hàn trong các dạng liên kết và trạng thái làm việc khác nhau được tính theo các công thức trong bảng 1.4

Cường độ tính toán của mối hàn góc của một số loại que hàn cho trong bảng 1.5

Bảng 1.4 Công thức cường độ tính toán của mối hàn

Dạng

Kýhiệu

Cường độ tính toán

Hàn đối

đầu

Nén, kéo và uốn khi kiểm tra chất lượng đường hàn bằng các phương pháp vật lý

Theo giới hạn chảy f* ù II <4-1

Theo sức bền

Theo kim loại ở biên

Ghi chú:

1 f và fv là cường độ tính toán chịu kéo và cắt của thép được hàn; fu và fwun là ứng suất kéo đứt tức thời theo tiêu chuẩn sản phẩm (cường độ kéo đứt tiêu chuẩn) của thép được hàn và của kim loại hàn

2 Hệ số đô tin cậy về cường độ của mối hàn yM lấy bằng 1,25 khi fwun < 490 N/mm2

và bằng 1,35 khi fwun > 590 N/mm2

Bảng 1.5 Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun và cường độ tính toán fwf

của kim loại hàn trong mối hàn góc

2

Đơn vị tính : N/mmLoại que hàn

Bảng 1.6 Công thức cường độ tính toán của liên kết một bulông

Trạng thái

làm việc

Kýhiệu

Cường độ chịu cắt và kéo của bulông ứng với cấp độ bền

Cường độ chịu ép mặt của cấu kiện thép

CÓ giới hạn chảy dưới

Bảng 1.7 Cường độ tính toán chịu cát và kéo của bulông

Giới hạn bền kéo đứt của thép

cấu kiện được liên kết

Đặc trưng cơ học của bulông cường độ cao cho ở bảng 1.9

Cường độ tính toán chịu kếo của bulông cường độ cao trong liên kết truyền lực bằng ma sát được xác định theo công thức fhb= 0 ,7 fub

Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo fba được xác định theo công thức fba = 0,4 fub Trị số cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo cho trong bảng 1 10

Bảng 1.9 Đặc trưng cơ học của bulông cường độ cao

Đường kính danh nghĩa của ren, mm

Mác thép

Độ bền kéo nhỏ nhất fub, N/mm2

Chương 2

TÍNH TOÁN LIÊN KẾT

2.1 LIÊN KẾT HÀN

2.1.1 Hàn đôi đầu

Khi hàn hai bản thép có chiều dày lớn hon 8mm, mép bản thép tại chỗ

hàn phải được gia công theo quy định ở tiêu chuẩn TCVN 1961 :1975 - Mối

hàn hồ quang điện bằng tay

đúng tâm với lực dọc N

Cône thức tính toán:

Trong đó:

t - chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết;

/w - chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực (chiều dài

fwt, fwc - cường độ tính toán chịu kéo và nén của đường hàn;

Yc - hê số điều kiện làm việc

Khi khỏng thỏa mãn công thức (2.1), để liên kết hai bản thép bằng đường

hàn đối dầu, ta phải dùng đường hàn xiên góc một góc a Kiểm tra ứng suất

b) Liên kết hàn đôi đầu chịu túc dụng của M

Công thức kiểm tra:

Hệ số 1,15 kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo trong đường hàn;

crw, Twvà /„, (lần lượt là các ứng suất pháp, ứng suất tiếp trong đường

hàn và cường độ tính toán chiu kéo của đường hàn đối đầu):

ơ w - tính theo (2.4);

2.1.2 Liên kết hàn góc

Kích thước và hình dạng của đường hàn góc được quy định như sau:

- Chiều cao của đường hàn góc hf không được lớn hơn 1,2 chiều

dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết)

- Chiều cao của đường hàn góc hj lấy theo tính toán, nhưng không được

nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng 2 1

(2.5)

V

(2.6)

ròcọ

(N

<N

N r-

rọ to

3

'«u

2

o 2

J*í

'ơ

® ể

I 0

S I

Vì cánh thép hình (thép góc, chữ c, chữ I) có độ lượn vát nên khi hàn góc dọc theo mép bản cánh của thép hình, chiều cao đường hàn nên lấy không lớn hơn giá trị sau:

Đường hàn gián đoạn chỉ dùng trong các kết cấu phụ, nơi có nội lực nhỏ

Khi đó khoảng cách amax giữa các đầu mút của hai đường hàn liên tiếp lấy

như sau:

- amax < 15 tmin, đối với cấu kiện chịu nén;

- amax < 30tmln, đối với cấu kiên chịu kéo;

Trong đó tmin là chiều dày nhỏ nhất của các bản thép được liên kết

Giá trị pf và ps của khi chiều cao

Nằm,ngang,đứng

Ghi chú: Giá trị của các hệ số ứng với chế độ hàn tiêu chuẩn

Trong thiết kế cần chỉ rõ: phương pháp hàn, loại que hàn hoặc dây hàn, vị

trí và thứ tự hàn của các mối hàn

- Theo kim loại đường hàn (tiết diện 1-1):

- Theo kim loại ở biên nóng chảy (tiết diện 2-2):

Trong đó:

/w - chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực của I1Ó trừ đi

10 mm;

hf - chiều cao của đường hàn góc;

pf và Ps - các hệ số lấy như sau: khi các cấu kiện được hàn là thép có giới

hạn chảy fy < 530 N/mm2, lấy theo bảng 2.2; khi fy > 530 N/mm2 không phụ

thuộc vào phương pháp hàn, vị trí đường hàn và đường kính que hàn lấy

pf = 0,7 và Ps = 1

Khi mômen tác dụng nằm trong mặt phẳng vuông góc với mạt phẳng bố

trí đường hàn, độ bền của đường hàn được tính theo công thức:

- Theo kim loại đường hàn:

Trong đó: VKwf, VKWS - môđun chống uốn của tiết diện tính toán theo kim

loại đường hàn và theo biên nóng chảy của thép cơ bản:

Ww f= p f h f ^ ; Wws= P sh f ^

Theo kim loại đường hàn:

Trong đó:

Ixw, I vw - các mômen quán tính của

tiết diện tính toán theo kim loại đường

hàn đối với các trục chính x-x, y-y

của nó;

Ixs, Iys - cũng như trên nhưng

theo kim loại ở biên nóng chảy của

thép cơ bản;

X , y - các toạ độ của những điểm xa

nhất so với gốc tọa độ trọng tâm theo

các trục chính x-x, y-y (hình 2 1)

Trong đó: Twf và Tws - các ứng suất trong tiết diện tính toán theo kim loại

đường hàn và kim loại ở biên nóng chảy, bằng tổng hình học các ứng suất

gây bởi lực dọc, lực cắt và mômen

đường

Ví dụ 2.1

Tính liên kết hai bản thép b X t = 250 X 12mm, chịu lực kéo N = 690 kN,

dùng đường hàn đối đầu (hình 2.2) Vật liệu thép các bon CCT38

Hàn tay hoặc hàn bán tự động trong môi trường khí co,, que hàn N42,

kiểm tra bằng phương pháp thông thường

CNJ

Hình 2.2: Liên kết dùng đường hàn đối đầu thẳng gốc

Từ chiều dày bản thép t = 12mm < 20 mm, tra bảng 1.2 được cường độ tiêu chuẩn fy của thép: fy = 24kN/cm2 và cường độ tính toán f = 23 kN/cm2

Vậy đường hàn đủ khả năng chịu lực

Ví dụ 2.3:

Thiết kế mối nối hai bản thép b X t = 180 X 12mm chịu lực dọc N = 420kN

dùng đường hàn góc và bản ghép Thép CCT38, hàn tay, que hàn N42

Lời giải:

Phương án 1:Dùng hai bản ghép và hình thức liên kết như hình 2.5

Khoảng cách giữa 2 đường hàn yêu cầu lớn hơn 5t; chọn chiều dài ban ghép

/g = 180mm Bề rộng bản ghép lấy bằng bề rộng thép cơ bản: 18cm Chiều

dày bản ghép tg chọn 0,6cm, thoả mãn điều kiện ^ A g > A cb

Hình 2 :Hình vẽ phương án 1 - Ví dụ 2.3

Theo bảng 2.2 có ßf = 0,7 và ßs = 1

Tính cường độ tính toán của mối nối hàn góc

- Theo kim loại mối hàn fwf = 18 kN/cm2

- Theo kim loại ở biên nóng chảy fws = 0,45.fu = 0,45.38 = 17,1 kN/cm2

(thép CCT38 có cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fu = 38 kN/cm2)

ßffwf = 0 ,7 1 8 = 12,6 kN/cm2ßsfws= 1.17,1 = 17,1 kN/cm2

Vì ßffwf < ßsfws nên đường hàn bị phá hoại theo kim loại mối hàn, do đó

ta chỉ cần kiểm tra ở tiết diện này (tiết diện 1 )

Chiều cao đường hàn cần thiết:

r ~ ß r - f wf I / w ~ 12,6.2.(18-1)

= 0,98 cm

Vì hf lớn hơn l,2tmịn = 1,2.0,6 = 0,72 cm nên muốn sử dụng phương án này cần phải dùng bản ghép có chiều dày là lOmm và chiều cao đường hàn thực tế là lOmm hoặc sử dụng phương án 2: đường hàn vây quanh.

ở đây cường độ tính toán của thép CCT38 f = 23 kN/cm2

Chọn tg = 8mm Chọn chiều cao đường hàn hf = 6mm (thoả mãn yêu cầu cấu tạo)

Tổng chiều dài đường hàn tính toán ở một bản ghép của nửa liên kết:

^ 2h fßffwf 2 0, 6 12,6Cấu tạo mối nối như hình vẽ sẽ có tổng chiều dài đường hàn thực tế là 3 lcm

Ví dụ 2.4: Thiết kế mối nối bản ghép b X t = 200 X 10mm vào bản mã dày 12mm bằng cách ghép chồng (hình 2.7), theo điều kiện đồng cường độ Thép CCT38, hàn tay, que hàn N42

Cường độ tính toán của bản thép dày t =10mm là f = 23 kN/cm2 nên lực tính toán để tính đường hàn là:

N = f.b.t = 23.20.1 = 460kNChọn chiểu cao đường hàn hf = 8mm, tương tự ví dụ 2.3, đường hàn góc

bị phá hoại theo kim loại mối hàn

Hình 2.8: Hình vẽ cho 2.5

L ò i g iả i:

Chọn hf = 6mm (nhỏ hơn chiều dày thép góc 2mm)

Khả năng chịu lực nhỏ nhất của mối hàn được lấy theo kim loại mối hàn Lực tác dụng lên đường hàn phía sống Ns và phía mép Nm:

hf = 5mm hoặc cắt bản mã theo đường chấm gạch như hình vẽ

Ví dụ 2.6: Kiểm tra độ bền của liên kết hàn góc gối đỡ vào cột, chịu lực

F = 800 kN, độ lệch tâm e = 35 cm như hình vẽ 2.9 Hàn bán tự động trong môi trường khí CO'», đường kính que hàn d = l,4mm; chiều cao đường hàn hf = 8mm, kích thước đường hàn như hình vẽ 2.8 Thép CCT38, que hàn N42

Hình 2.9: Hình cho 2.6

L ò i g iả i:

Đường hàn góc chịu tác dụng đồng thời của mômen uốn M và lực cắt V :

M = F.e = 800.0,35 = 280 kNm; v = F = 800 kNCấu tạo liên kết gồm hai đường hàn phía trên dài 300 mm, cách nhau 16mm; hai đường hàn phía dưới dài 200, cách nhau 16mm (mặt cắt 1- 1, hình 2.9b) Do vậy chiều dài tính toán /w của đường hàn theo hình 2.9c

Trọng tâm tiết diện 1-1 so với mép dưới cùng (trục x0):

Trong đó I I xf- tổng mômen quán tính của 2 bản cánh;

Ixw- mômen quán tính của bản bụng

Coi rằng mômen uốn M tác dụng lên bản cánh Mc và bản bụng Mb tỉ lệ thuận với mômen quán tính của chúng: M = Mf + Mw và lực cắt V hoàn toàn

do đường hàn bụng chịu

pffwf = 0 ,9 1 8 = 16,2 kN/cm2 psfws= 1,05.17,1 = 17,9 kN/cm2Vậy đường hàn bị phá hoại theo kim loại mối hàn.

Kiểm tra đường hàn cánh dưới

t w - pfh f £ / w _ 0,9.0,8.(19 + 8 + 8)

= 17,8 kN/cm2 < fwf=18kN/cm2 Kiểm tra đường hàn liên kết bản bụng chịu:

Lực cắt v= 800 kN và mômen Mw = M- Mf= 280 - 231 = 4 9 kNm

V

2 p f h r,,

\2+

y - khoảng cách xa nhất từ trọng tâm đến mép ngoài cùng đường hàn đứng: y = 29,8 - 1,6 - 0,5 = 27,7 cm;

Ixw - mômen quán tính của một đường hàn đứng với trục X.

Ví dụ 2.7: Yêu cầu tính chiều cao đường hàn nhỏ nhất cho liên kết gối dỡ chịu lực p = 55 kN như hình 2.10 Hai đường hàn ngang dài 15 cm, đường hàn đứng dài 20 cm Thép CCT38, hàn tay, que hàn N42.

y0i yi

5 L.42'

¥

o cr>

Chiều dài tính toán của đường hàn ngang /w= 15 - 1=14 cm, của đường hàn đ ứ n g /w = 2 0 - 1 = 19 cm

Mối hàn có (Pfw)min = 12,60 kN/cm2

Điểm có ứng suất lớn nhất trên đường hàn là điểm A và B

Tính trọng tâm của đường hàn, chọn trục y0 ban đầu ở cạnh đường hàn đứng:

úng suất trong đường hàn tại điểm A:

Lực cắt V gây ứng suất theo phương đứng:

2.2.1 Buiông thô và buiông thường

Bulông thô và bulông thường được dùng trong các kết cấu làm bằng thép có giới hạn chảy từ 380 N/mm2 trở xuống Trong các liên kết bulông làm việc chịu cắt không được dùng các bulông mà trên chiều dài của phần không ren có các đoạn với đường kính khác nhau Dưới đai ốc (êcu) của các bulông phải đặt vòng đệm, riêng bulông cường độ cao đặt vòng đệm cả

ở dưới mũ bulông Khi dung sai giữa đường kính của lỗ và của thân bulỏng không vượt quá 3 mm cho phép đặt một vòng đệm dưới đai ốc Với các bulỏng làm việc chịu trượt (trừ bulông cường độ cao), phần có ren không

ăn vào quá một nửa chiều dày của bản thép ngoài cùng (nằm dưới đai ốc) hoặc không quá 5 mm

Trong liên kết dựng lắp, bulỏng thô và bulông thường được dùng trong các trường hợp sau:

- Để liên kết xà gồ, các cấu kiện của cửa mái, hệ giằng cánh trên của giàn (khi có hệ giằng cánh dưới hoặc mái cứng), hệ giằng đứng giữa các giàn và cửa mái, các cấu kiện của hệ sườn tường;

- Để liên kết hệ giằng cánh dưới của các giàn khi có khối mái cúng (các tấm bêtông cốt thép, bêtông lưới thép, các tấm thép định hình, v.v );

- Để liên kết giàn vì kèo và giàn đỡ kèo với cột, giàn vì kèo với giàn đỡ kèo với điều kiện phản lực gối thẳng đứng truyền qua gối đỡ;

- Để liên kết các dầm cầu trục đon giản với nhau, liên kết cánh dưới của chúng với vai cột;

- Để liên kết các dầm của sàn công tác không chịu tác dụng của tải trọng động;

Khi bố trí bulông kiểu so le nên lấy khoảng cách giữa tâm của chúng dọc theo phương của lực không nhỏ hơn a + 1,5d (a - khoảng cách giữa các hàng theo phương vuông góc với lực; d - đường kính lỗ bulông) Khi bố trí như vậy tiết diện thực của cấu kiện An kể đến giảm yếu chỉ do các lỗ bulông nằm theo phương vuông góc với phương của lực (không theo đường dích dắc)

Bảng 2.3 Quy định bô trí bulông

của khoảng cách

1 Giữa tâm hai bulông theo hưóng bất kỳ:

a) Nhỏ nhất

b) Lớn nhất trong các dãy biên khi không có thép

góc viền , chịu kéo và chịu nén

2,5d8d hoặc 12t

Bảng 2.3 (tiếp theo)

2c) Lớn nhất trong các dãy giữa và các dãy biên khi

có thép góc viền:

2 Khoảng cách từ tâm bulông đén mép của cấu kiện:

Ghi chú:Trong các cấu kiện liên kết làm bằng thép có giới hạn chảy cao hơn

380 N/mrn , khoảng cách nhỏ nhất giữa tâm hai bulông là 3d

d - đường kính lỗ bulông; t - chiều dày mỏng hơn của các cấu kiện ngoài

Khả năng chịu lực tính toán của một bulông được tính như sau:

d - đường kính ngoài của bulông;

A = 7ĩd 2/4 - diện tích tiết diện tính toán của thân bulông;

Abn - diện tích tiết diện thực của thân bulông, lấy theo bảng 2.4;

I t - tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía;

nv - số lượng các mặt cắt tính toán;

yb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông, lấy theo bảng 2.5

Bảng 2.4 - Diện tích tiết diện của bulông

Bảng 2.5 ■ Hệ sô điều kiện làm việc yb

1 Liên kết nhiều bulông khi tính toán chịu cắt và ép mặt:

- Bulồng thô và bulông độ chính xác binh thường, bulông cường

2 Liên kết có một hoặc nhiều bulông, được tính toán chịu ép mặt

khi a = 1,5d và b = 2d, thép được liên kết có giới hạn chảy:

Ghi chú:

Các hệ số điều kiên làm việc ở mục 1 và 2 được lấy đồng thời;

a - khoảng cách dọc theo lực, từ mép cấu kiện đến trọng tâm của lỗ gần nhất;

b - khoảng cách giữa trọng tâm các lồ

d - đường kính lỗ bulông

2.2 l.a Khi liên kết bulông chịu tác dụng của lực dọc N đi qua trọng tâm

chịu kéo của liên kết thì lực phân phối lên các bulông coi như đều nhau

Số lượng bulông trong liên kết khi chịu lực dọc N được tính theo công thức:

(2.17)

Trong đó: [N]min - giá trị nhỏ nhất trong các khả năng chịu lực của một bulóng

2.2.2 b Khi tác dụng của mômen M gây trượt các cấu kiện được liên kết

thì lực phân phối cho các bulông tý lệ với khoảng cách từ trọng tâm của liên

kết đến bulông khảo sát

Lực lớn nhất N mà một bưlông ngoài cùng chịu là:

m - số hàng bulông trên một dãy

2.2.3 C Khi liên kết bulông chịu đồng thời cả mômen M và lực cắt V

Coi như lực cắt tác dụng đều lên các bulông:

V

nKiểm tra bền bulông:

- Bulông chịu cắt và kéo đồng thời được kiểm tra chịu cắt và kéo riêng biệt

- Bulông chịu cắt do tác dụng đồng thời của lực dọc và mômen được kiểm

tra theo hợp lực của các nội lực thành phần

Khi các cấu kiện được liên kết với nhau qua cấu kiện trung gian, hoặc khi

dùng bản nối ở một phía thì số lượng bulông phải tàng lên 10% so với tính toán

Cấu kiện thép cơ bản sau khi khoét lỗ được kiểm tra về bền theo công thức:

A n

An - diện tích tiết diện thực của cấu kiện Diện tích tiết diện thực bằng

diện tích tiết diện nguyên trừ đi diện tích giảm yếu Diện tích giảm yếu là

diện tích bị mất đi do khoan lỗ; hệ số điều kiện làm việc Yb| = 1, 1, cho phép

ké đến sự làm việc dẻo của liên kết

Đối với liên kết bulông (trừ bulông cường độ cao) khi các lỗ xếp thẳng

hàng thì diện tích giảm yếu bằng tổng lớn nhất của diện tích các lỗ tại một

tiết diện ngang bất kỳ vuông góc với chiểu của ứng suất trong cấu kiện Khi

các lỗ xếp so le thì diện tích giảm yếu lấy trị số lớn hơn trong hai trị số sau

(hình 2.1 la):

- Giảm yếu do các lỗ xếp trên đường thẳng 1-5;

- Tổng diện tích ngang của các lỗ nằm trên đường chữ chi 1 - 2 - 3 - 4 - 5 trừ đi lượng s2t/(4u) cho mỗi đoạn đường chéo giữa các lỗ;

đi bề dày cánh (hình 2.1 lb)

1 s L s J

t — r H

Hình 2.11: Cách xác

2.2.2 Liên kết bulông cường độ cao

Liên kết bulông cường độ cao được tính toán với giả thiết là nội lực trong liên kết được truyền bằng ma sát nảy sinh trên mặt tiếp xúc của các cấu kiện được nối do lực xiết bulông

Lực trượt tính toán mà mỗi mặt ma sát của những cấu kiện được liên kết

có thể chịu được khi xiết một bulông cường độ cao được tính theo công thức:

Trong đó:

fhb - cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao: fhb = 0,7fub với fub là cường độ tức thời tiêu chuẩn của vật liệu làm bulông, lấy theo bảng 1.9;

p - hệ số ma sát, lấy theo bảng 2.7;

ybT - hệ số độ tin cậy, lấy theo bảng 2.7

Abn - diện tích tiết diện thực của bulông, lấy theo bảng 2.4;

Ybl - hệ số điều kiện làm việc của liên kết, phụ thuộc số lượng bulông

chịu lực na trong liên kết, giá trị của ybl lấy như sau:

Hệ số

Hệ số yb2 khi tải trọng và

độ dung sai giữa đường kính bulông và lỗ 5, mmmặt phẳng của các cấu kiện

được liên kết

masát

và 5 =14-4

2 Phun cát hoặc bột kim loại

Ghi chú:Phương pháp điểu chỉnh theo M tức là theo mômen xoắn; theo a tức là

theo góc quay của êcu

2.2.2.a Bulông cường độ cao chịu lực dọc N:

theo công thức:

n > -

— n f [N]bYc

Trong đó: nf - số lượng mặt ma sát của liên kết

Kiểm tra bền các bản thép được liên kết theo tiết diện giảm yếu bởi lỗ bulông được tiến hành theo công thức (2.21) nhưng thay An = Aqư Coi nhu một nửa lực đi qua mỗi bulông đã được truyền bằng lực ma sát, đo đó diện tích của tiết diện quy ước Aqư được tính như sau:

- Khi chịu tải trọng động: bằng diện tích thực An ;

- Khi chịu tải trọng tĩnh: bằng diện tích tiết diện nguyên A nếu

An > 0,85/4; bằng diện tích quy ước Aqư = 1,18An nếu An< 0,85/4

Hệ số điều kiện làm việc Ỵbl = 1 vì liên kết bulông cường độ cao không làm việc đàn dẻo

2.2.2.b Liên kết bulông cường độ cao chịu mômen uốn:

Vì liên kết bulông cường độ cao truyền lực bằng ma sát, sự dịch chuyển của các mặt là rất nhỏ (0,01 mm) nên coi như các bulông trong liên kết chịu lực như nhau khi chịu mômen uốn

Quan hệ giữa mômen vặn M và lực căng N trong bulông ( đường kính d )

có thể tính theo công thức sau :

CCT34; dùng hai bản ghép, chịu lực kéo N = 1100 kN (hình 2.12).

tH *

Lời g iải:

Chọn bulông cấp độ bền 4.6, theo bảng 2.5 hệ số điều kiện làm việc

yb = 0,9, cường độ tính toán vé cắt fvb ứng với cấp độ bén 4.6 và về ép mặt fcb ứng với giới hạn bền kéo đứt của thép là fu = 34 kN/cm2

[N]cb = fcb ybdZt = 39,5.0,9.2.2 = 142,2 kN

Số lượng bulông cần thiết của một nửa liên kết:

n = — -= - — — = 13 cái[N ]min 84,78

Chọn 15 bulông bố tri thành 5 dãy 3 hàng; khoảng cách giữa các bulông phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo:

- Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai tâm lỗ: 2,5d|ỗ = 58mm < 70mm

- Khoảng cách lớn nhất giữa hai tâm lỗ khi chịu kéo: 16d|ỗ = 370mm

- Khoảng cách từ tâm lỗ đến mép tấm thép theo phương lực: nhỏ nhất:

a = 1000

N.

Nf

Lời giải:

Liên kết bulông chịu mômen uốn M = F.a (tâm quay là trọng tâm vùng bulông 0) và lực cắt F Biểu đồ nội lực trong bulông do mômen và lực cắt gây ra như hình 2.13

Lực tác dụng lên một bulông do lực F và mômen M:

- Khả năng chịu ép mặt:

[N]cb = fcbybdZt = 39,5.0,9.2.0,6 = 42,66 kN Trong đó: t = 6mm là bề dày bản bụng của C27

Vậy trị số lớn nhất của lực F xác định từ đẳng thức N = [N]min :

42 39I.5F = [N]min.yc ; F = ^ - = 28,3kN

Ví dụ 2.10: Thiết kế mối nối hai bản thép b X t = 1200 X 12mm, chịu tác dụng của mômen M = 650 kNm và lực cắt V = 800 kN bằng bulông thường

có lớp độ bền 6.6, vật liệu thép CCT38

Lòi giải:

Để thiết k ế mối nối bằng bulông chịu mômen và lực cắt, phải bố trí trước bulông (chọn đường kính d, dự kiến số bulộng và bố trí khoảng cách giữa

các bulông) Tính lực lớn nhất tác dụng lên một bulông và so sánh với khả năng chịu lực của bulông Nếu chưa hợp lý, phải chọn và kiểm tra lại.

o o

■ o co

Lực lớn nhất N mà một bulông ngoài cùng chịu là:

Vậy: N = 7n m + N Ỉ = n/i252 + 3 3 ,32 = 129,4 kN.

Tính khả năng chịu lực nhỏ nhất của một bulông: tra bảng 1.7 ứng với cấp

độ bền của bulông 6.6 có cường độ tính toán chịu cắt fvb = 23 kN/cm2 và theo bảng 1.8 ứng với loại thép CCT38 có cường độ tính toán chịu ép mặt là fcb = 46,5 kN/cm

- Theo điểu kiện chịu cắt:

[N]vb = fvbybAnv = 23.0,9.5,72.2 = 236,8 kN

- Theo điểu kiện chịu ép mặt:

[N]cb = fcbybdSt = 46,5.0,9.2,7.1,2 = 135,6 kN

- Khả năng chịu lực của một bulông [N]min = [N]vb = 135,6 kN

Vì N = 129,4 kN < [N]minyc nên liên kết đảm bảo khả năng chịu lực

Kiểm tra điểu kiện bển của thép cơ bản sau khi khoét lỗ:

Mômen quán tính của tiết diện thu hẹp:

In = 1 - 1.0 =

ttf12

td

n, l o

12 + t d , o ITrong đó n [=12 số lượng bulông trên 1 hàng

Ví dụ 2.11: Một dầm côngxon 127 chịu tải trọng F = 50 kN tại đầu mút của dầm và được liên kết với hai dầm dọc 133 (hình 2.15) Hãy xác định số lượng và đường kímh bulông để gắn dầm côngxon vào dầm dọc B.

Theo bảng phụ lục đường kính lỗ lớn nhất khoét ở cánh chữ 127 là 21mm

do đó chọn đường kính bulông d = 18mm (có diện tích tiết diện thực của bulông Abn = 1.92 cm2), bố trí 4 bulông, mỗi bulông chịu một lực kéo là:

Vậy dùng 4 bulông đường kính d = 18mm với cấp độ bền 5.8

Ví dụ 2.12: Thanh dàn có tiết diện chữ H, chịu lực kéo N = 3200 kN được liên kết vào hai bản mã bằng bưlông cường độ cao 40Cr đường kính

d = 20mm (d|5 = 23mm) như hình vẽ 2.16 Phương pháp làm sạch mặt bằng cách phun cát Tính số bulông cần thiết (bản mã coi như đủ chịu lực)

Từ bảng 2.6, ứng với bulông 40Cr và đường kính d = 20mm có độ bền kéo nhỏ nhất fub = 110 kN/cm2 ; bulông đường kính d = 20mm có diện tích tiết diện thực An = 2,45 cm2 Cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường

độ cao fIb = 0,7.fub = 0,7.110 = 77 kN/cm2

Sơ bộ giả thiết mỗi mặt ma sát có số bulông n >10 Từ bảng 2.7 tra có hệ số

ma sát Ịi = 0,5 và hệ số độ tin cậy yb2 = 1,12 (chịu tải trọng tĩnh và độ dung sai ô giữa đường kính bulông và lỗ bằng 3mm), hệ sốyb| = 1 khi n >10

Khả năng chịu lực trượt tính toán ở mỗi mặt ma sát khi xiết một bulông:

Theo điều kiện bố trí bulông, chọn 20 bulông và bố trí như hình 2.16

Lực kéo p cần thiết trong thân bulông do xiết êcu:

Lời giải:

p = fhbAbn = 77.2,45 = 188,7 kN