Bài giảng môn học kết cấu thép (theo 22 TCN 272 05) chương 2 TS đào sỹ đán

CHƯƠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 1.Đại cương liên kết KCT 2.Liên kết bu lông 3.Liên kết hàn 4.Tính tốn liên kết phức tạp Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications 2.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KCT 2.1.1 Lý phải thực liên kết KCT lý bản: - Do yêu cầu cấu tạo; - Do hạn chế vật liệu, vận chuyển, lắp ráp, Vì vậy, liên kết KCT phổ biến quan trọng Nó cần quan tâm đặc biệt Hình vẽ: sydandao@utc.edu.vn 2.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KCT 2.1.2 Các loại (hình thức, phương pháp) liên kết KCT Cho đến nay, người ta sử dụng loại liên kết sau: - Liên kết đinh tán - Liên kết bu lông;  sử dụng; sử dụng phổ biến - Liên kết hàn; - Liên kết khác (keo dán, ) Hình vẽ: sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIÊN KẾT BU LƠNG 2.2.1 Cấu tạo bu lơng (1/2) Có loại bu lông: - Bu lông thường (thô); sử dụng phổ biến - Bu lông tinh chế; - Bu lông CĐC; - Bu lông khác (neo, ) Bu lông thường bu lơng CĐC có hình dạng giống nhau: Đầu (mũ bu lông) Long đen (vòng đệm) Đai ốc (êcu) Thân bu lông d Chiều dài ren Chiều dài bu lông sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIấN KT BU LễNG 2.2.1 Cấu tạo bu lông (2/2) Tuy vậy, bu lông thường bu lơng CĐC có đặc điểm khác sau: a) Bu lông thường Được chế tạo theo ASTM A307 Thép làm bu lông thép bon thấp, Fub = 420 MPa (cấp A) b) Bu lông CĐC Được chế tạo theo ASTM A325/A325M A490/490M Thép làm bu lông thép CĐC Theo A325M, Fub = 830 MPa (khi d = 16 mm đến 27 mm) , Fub = 725 MPa (khi d = 30 mm đến 36 mm)  Sự khác bu lông thường bu lông CĐC sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2.2.2 Cấu tạo liên kết bu lông (1/12) a) Yêu cầu ĐK bu lông cho KCT cầu - Với phận chính: dmin = 16 mm - Với thép góc chịu lực d ≤ 1/4 chiều rộng cánh liên kết b) Các loại lỗ bu lông PVSD Để thực LKBL  ta phải chế tạo lỗ bu lơng Có loại lỗ theo TC 05 kt chúng quy định sau: sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2.2.2 Cấu tạo liên kết bu lơng (2/12) Kích thước lỗ bu lơng lớn ĐK bu lông Lỗ chuẩn Lỗ cỡ Lỗ ô van ngắn Lỗ ô van dài d (mm) h (mm) h (mm) a x b (mm) a x b (mm) 16 20 22 24 27 30 36 18 22 24 26 30 33 39 20 24 28 30 35 38 44 18  22 22  26 24  30 26  33 30  37 33  40 39  46 18  40 22  50 24  55 26  60 30  67 33  75 39  90 sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2.2.2 Cấu tạo liên kết bu lông (3/12) - Lỗ chuẩn: loại lỗ tốt nhất, sử dụng cho loại liên kết, việc thi cơng khó khăn - Lỗ cỡ: dùng liên kết bu lông chịu ma sát (CĐC), không dùng liên kết chịu ép mặt - Lỗ ô van ngắn: dùng liên kết chịu ma sát ép mặt Trong liên kết chịu chịu ép mặt, cạnh dài lỗ van cần vng góc với phương tác dụng tải trọng - Lỗ ô van dài: dùng lớp liên kết chịu ma sát liên kết chịu ép mặt Trong liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ ô van cần vng góc với phương tác dụng tải trọng sydandao@utc.edu.vn 2.2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2.2.2 Cấu tạo liên kết bu lông (4/12) c) Các quy định khoảng cách bu lông - Các khái niệm: Xét liên kết bu lơng (bố trí so le) sau: Le S S S g dãy L c h Lc h L c h Lc h Bố trí (//) sydandao@utc.edu.vn Le S S S hàng dãy Pu P P P P Pu P P Bố trí so le (hoa mai) 2.2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2.2.2 Cấu tạo liên kết bu lông (5/12) c) Các quy định khoảng cách bu lông - Các quy định khoảng cách: + Khoảng cách tối thiểu: Để thuận tiện cho việc thực liên kết tăng sức kháng liên kết, TC 05 quy định: amin = 3d (lỗ chuẩn) + Khoảng cách tối đa: Để đảm bảo ép chặt giảm kích thước liên kết, TC 05 quy định: S ≤ (100 + 4t) ≤ 175 mm (dãy bu lông sát mép) S ≤ (100 + 4t – 3g/4) ≤ 175 mm (khoảng cách so le với hàng liền kề có g ≥ 38 + 4t) sydandao@utc.edu.vn 10 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.2 Tính tốn LK bu lơng phức tạp chịu cắt (5/5) M.ymax  x fmmax  2     x y x  y  f px  Px / N   i i  f p  f px  f py  ; fmmax  fmmax fmmax   f py  Py / N  f y  M.xmax  mmax  xi2  yi2      x y  fmax  f p  fmmax  f px  f py  fmmax fmmax    f x mmax  fmax  f px  f py  x f mmax f px    Biết fmax, ta ktra LK y mmax f  x f xmax = f px + f mmax f mmax y f mmax f mmax fp f py fp f max sydandao@utc.edu.vn f max y f ymax = f py + f mmax 80 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.3 Tính tốn LK hàn phức tạp chịu cắt (1/5) O = trọng tâm LK;  P = tải trọng tác dụng lệch e §iĨm bÊt lỵi nhÊt y P Py tâm;  x max  e = độ lệch tâm P Px ymax PO M y P x Mục tiêu: Xác định lực cắt tác dụng vào mm chiều dài ĐH  Lực cắt mm xP sydandao@utc.edu.vn chiều dài ĐH bất lợi nhất? 81 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.3 Tính tốn LK hàn phức tạp chịu cắt (2/5)    - Đưa P trọng tâm O  P  P0 : có P/C HV, P0 = P;  M : có P/C HV, M = P.e  - Dưới tác dụng P0, giả thiết mm chiều dài ĐH chịu lực   có hướng P0 Gọi f p lực cắt mm chiều dài ĐH    gây  có hướng fp P0 P0 , độ lớn: fp = P0/L = P/L (L = tổng chiều dài ĐH)  - Dưới tác dụng M , giả thiết: + LK làm việc gđ đàn hồi;  + Các nối tuyệt đối cứng chịu t/d M , quay quanh O  US cắt điểm ĐH TLT với k/c từ đến đến O, có  phương  k/c chiều theo chiều quay M sydandao@utc.edu.vn 82 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.3 Tính tốn LK hàn phức tạp chịu cắt (3/5) fp fp 0,707w = 1mm P0 ri P0 M M 0,707w = 1mm fp f mi fp Sự phân bố lực cắt mm chiều dài ĐH - Ta có: sydandao@utc.edu.vn 1 2  1      r r1 r2 r r1 1 1 M  .r.dA  r dA I0 r1 A r1 A 83 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.3 Tính tốn LK hàn phức tạp chịu cắt (4/5) 1  M.r1 I0 Tương tự, ta có: max  M.rmax  fmmax I0   Vậy, lực cắt tổng cộng (do P0 M ) gây mm c/d ĐH xa là:    fmax  f p  fmmax  fmax Chú ý: Để đơn giản, ta đặt hệ x0y hình vẽ, ta có:    Px  Pcos P  Px  Py  Py  Psin M  P.e  Px.yp  Py.xp sydandao@utc.edu.vn 84 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.3 Tính tốn LK hàn phức tạp chịu cắt (5/5) M.ymax  x fmmax    f px  Px / L     x y Ix  I y  f p  f px  f py  ; fmmax  fmmax fmmax   f py  Py / L  f y  M.xmax  mmax Ix  I y      x y  fmax  f p  fmmax  f px  f py  fmmax fmmax   fmax  f px  f   f x mmax py Biết fmax, ta ktra LK  y mmax f x f mmax f px x f xmax = f px + f mmax f mmax y f mmax f mmax fp f py fp f max sydandao@utc.edu.vn f max y f ymax = f py + f mmax 85 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (1/9) Ví dụ 1: Tính duyệt LK sau theo cắt ép mặt, biết: Thép kết cấu dùng loại M270M cấp 250 Bu lông dùng loại A 307 cấp A, d = 22 mm sydandao@utc.edu.vn 86 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (2/9) Giải: - Đặt hệ trục x0y hình vẽ: BL bất lợi y sydandao@utc.edu.vn x 87 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (3/9) - Lực cắt bu lông bất lợi XĐ sau: f max  f px f  f x m max py f  y m max Px  P cos   90.3 / 5  54kN ; Py  P sin   90.4 / 5  72kN  M  Px y p  Py x p  54.(40  75  75 / 2)  72.250  26235kN mm  Py 72 Px 54 f px    13,5kN ; f py    18kN  N N M ymax 26235.75 /  75 x f m max    104,9kN  2 2  xi  yi   75    75  75  .2          f max   13,5  104,92  182 sydandao@utc.edu.vn  119,7kN  88 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (4/9) - Xác định sức kháng cắt BL: Rrs1 = s Rns1 = 0,65 (0,38 Ab Fub Ns) = 0,65 [0,38 (3,14 222/4) 420 1] = 39,4 103 N = 39,4 kN < fmax = 119,7 kN  Không Đạt! - Xác định sức kháng ép mặt LK ứng với bu lông: Lcmin = 40 – 24/2 = 28 mm < 2d = 44 mm  Rrbb1 = bb Rnbb1 = 0,8 (1,2 Lc Fu t) = 0,8 (1,2 28 400 10) = 107,5 103 N = 107,5 kN < fmax = 119,7 kN  Không Đạt! Vậy LK cho Không đủ khả chịu lực theo cắt ép mặt! sydandao@utc.edu.vn 89 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (5/9) Ví dụ 2: Tính duyệt LK sau theo SK cắt ĐH, biết: Thép kết cấu dùng loại M270M cấp 250 Que hàn dùng loại E70XX, w = 12 mm sydandao@utc.edu.vn 90 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (6/9) Giải: - Đặt hệ trục x0y hình vẽ: Điểm bất lợi y x x0 sydandao@utc.edu.vn 91 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (7/9) - Xác định vị trí O: x0 = (Li.xi)/Li = (300 + 200 200/2)/(300+2.200) = 57 mm - XĐ lực cắt mm chiều dài ĐH vị trí bất lợi (tính với chiều dày hữu hiệu ĐH 0,707 w = mm): f max  f px f  f x m max py f  y m max Px  P cos   0; Py  P sin   250kN  M  Px y p  Py x p   250.(250  200  57)  98250kN mm  f px Py Px 250.103   0; f py    357N / mm  L  L 300  200.2 sydandao@utc.edu.vn 92 2.4 TÍNH TỐN LIÊN KẾT PHỨC TẠP 2.4.4 Các ví dụ (8/9)  1.300 200.1  300  Ix    1.200.  .2  11,25.10 mm 12  12    3  300.13  1.200  200  Iy    (1.300).57     1.200  57 .2  3,048.106 mm4     12   12 M y 98250 10 300/ 2 x max f mmax    1030 N / mm Ix  I y 11,25 3,048.10 M x 98250 10 200 57 max f mymax    982N / mm Ix  I y 11,25 3,048.10 2  f max  0 1030  357 982  1689N / mm sydandao@utc.edu.vn 93 2.3 LIÊN KẾT HÀN 2.4.4 Các ví dụ (9/9) - Sk cắt mm chiều dài KL que hàn (đường hàn): Rrw1 = e2 Rnw1 = 0,8 (0,6 Fexx 0,707 w) = 0,8 (0,6 485 0,707 12) = 1975 N/mm - Sk cắt mm chiều dài KL bản: Rrb1 = v Rnb1 = 1,0 (0,58 Fy t) = Rrb1 (tb) = (0,58 250 14) = 2030 N/mm Rrb1 (th) = (0,58 250 28,1) = 2030 N/mm Sk cắt mm chiều dài ĐH là: Rrv1 = (Rrw1, Rrb1) = 1975 N/mm > fmax = 1689 N/mm  Đạt! Vậy LK cho đủ khả chịu lực theo sk cắt ĐH! sydandao@utc.edu.vn 94 ... 24 27 30 36 18 22 24 26 30 33 39 20 24 28 30 35 38 44 18  22 22  26 24  30 26  33 30  37 33  40 39  46 18  40 22  50 24  55 26  60 30  67 33  75 39  90 sydandao@utc.edu.vn 2. 2 LIÊN... (A6.13 .2. 6.6-1) d (mm) Mép cắt Mép cán mép cắt khí đốt 16 20 22 24 27 30 36 28 34 38 42 48 52 64 22 26 28 30 34 38 46 sydandao@utc.edu.vn 11 2. 2 LIÊN KẾT BU LÔNG 2. 2 .2 Cấu tạo liên kết bu lơng (7/ 12) ... tối thiểu yêu cầu bu lông Pt (kN) Bu lông A 325 M Bu lông A490M 16 91 114 20 1 42 179 22 176 22 1 24 20 5 25 7 27 26 7 334 30 326 408 36 475 595 sydandao@utc.edu.vn 31