chương 2 liên kết trong kết cấu thép

CHƯƠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP A LIÊN KẾT HÀN B LIÊN KẾT BULÔNG CHƯƠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Các loại liên kết : Liên kết hàn: ƯĐ: Đơn giản, tốn cơng chế tạo, giảm khối lượng kim loại, kinh tế, liên kết kín,… NĐ: Do ảnh hưởng nhiệt độ cao trình hàn nên dễ bị biến hình hàn ứng suất hàn; làm tăng tính giịn vật liệu; Khó kiểm tra chất lượng đường hàn Khả chịu tải trọng động kém; Liên kết bulông: ƯĐ: Không bị biến hình hàn; Chịu tải trọng động tốt; thuận tiện lắp dựng tháo lắp NĐ: Liên kết phức tạp; Tốn vật liệu công chế tạo so với liên kết hàn Liên kết đinh tán: Phức tạp liên kết bulông Chịu tải trọng động tốt A LIÊN KẾT HÀN §2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP §2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TỐN CỦA ĐƯỜNG HÀN §2.3 TÍNH TOÁN CÁC LIÊN KẾT HÀN A LIÊN KẾT HÀN §2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP Hn h quang in Tay cầm Dây dẫn điện a) Nguyên lý: Sử dụng nguồn điện chiều để tạo hồ quang điện xuất vị trí cần nối thép với que hàn Que hµn Hồ quang Nguồn Mỏy điện K im loạ i cơbản hàn D©y dÉn Các thép thép lõi que hàn chảy lỏng dính với lực hút điện từ Độ sâu nóng chảy thép khoảng 1,5 ~ mm Kim loại đường hàn hỗn hợp kim loại thép kim loại lõi que hàn ĐN: Hàn trình dùng nguồn nhiệt để làm nóng chảy kim loại cần hàn cộng với kim loại thứ (kim loại que hàn) bù vào; kim loại hoà lẫn vào cứng lại để tạo thành đường hàn Hàn hồ quang điện (tiếp 2/3) b) Các yếu tố ảnh hưởng Chất lượng đường hàn Khoảng cách đầu que hàn vị trí cần hàn: Khoảng cách trì khơng đổi => hồ quang điện ổn định Nguồn điện: Nguồn điện ổn định => hồ quang ổn định Cách li kim loại lỏng với khơng khí: Để kim loại lỏng khơng tiếp xúc với khơng khí (tiếp xúc với O2 N) => que hàn cần phải bọc thuốc (chứa khoảng 80% CaCO3 hàn hồ quang điện tay) Lớp thuốc bọc que hàn cháy tạo thành xỉ bề mặt để tránh thép lỏng tiếp xúc với khơng khí Chất lượng lớp thuốc bọc que hàn: Lớp thuốc bọc que hàn chứa bột số hợp kim Mn, Ti,… Khi cháy hoà vào thép lỏng để làm tăng chất lượng đường hàn (tăng độ bền đường hàn) Trình độ người hàn: hàn tay hay hàn máy Hàn hồ quang điện c) Que hàn (tiếp 3/3) (theo TCVN 3223-1994): Chiều dài que hàn 200 ~ 450 mm ; đường kính lõi kim loại que hàn 1,6 ~ mm; lớp thuốc bọc dầy ~ 1,5 mm Loại que hàn : phân theo cường độ tức thời kim loại đường hàn; Ví dụ: N42 có cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f wun = 4100 daN/cm2 Loại que hàn sử dụng phải phù hợp với mác thép bản: - có độ bền kéo đứt tức thời kim loại que hàn lớn thép bản; - có tính chất lý kim loại que hàn kim loại thép tương tự => giảm bớt khối lượng thép nóng chảy, giảm bớt ứng suất hàn biến hình hàn Mác thép Loại que hàn CCT34, CCT38, CCT42, CCT52 N42, N46 9Mn2, 14Mn2, 9Mn2Si, 10Mn2Si1 N46, N50 Hàn hồ quang điện tự động nửa t ng: Phễu rải thuốc hàn Dây hàn Thuốc hàn Hồ quang chìm ống hút thuốc hàn Dây hàn trần Máy hàn Thuốc hàn Ray c nh mỏy hn Nguyờn lý giống hàn tay, khác : - Sử dụng cuộn dây hàn không bọc thuốc, đường kính dây hàn ~ mm - Phễu đựng thuốc hàn gắn với máy hàn - Thuốc hàn rải trước thành lớp dầy rãnh hàn; dây hàn nhả tự động theo tốc độ di chuyển máy hàn Hàn hồ quang điện tự động nửa tự động: ƯĐ: - Do nguồn điện ổn định, khoảng cách đầu que hàn vị trí cần hàn ln trì khơng thay đổi, tốc độ hàn trì ổn định => Hồ quang điện ổn định - Đưịng hàn ln nằm sâu lớp thuốc bọc => kim loại nóng nguội từ từ, tạo điều kiện cho bọt khí ngồi ⇒ chất lượng đường hàn tốt hàn tay NĐ: - Chỉ thực cho đường hàn thẳng trịn Khơng hàn cho đường hàn gấp khúc, đứng, ngược, vị trí chật hẹp,… => Khắc phục cách hàn bán thủ công, máy hàn kết hợp di chuyển tay Hàn hồ quang điện lớp khí bảo vệ: Lớp khí bảo vệ phun hàn; Kim loại lỏng bảo vệ mơi trường khí, bị ngăn cản tiếp xúc với khơng khí Có phương pháp hay dùng: - Phương pháp MIG (metal inert gas) : sử dụng khí trơ (như argon hay helium); => sử dụng cho kim loại, giá thành cao - Phương pháp MAG (metal active gas) : sử dụng khí cacbonic hỗn hợp với khí trơ; => sử dụng cho loại thép thông thường Hàn Sử dụng mỏ hàn để tạo lửa axêtylen, hỗn hợp cháy khí oxy axetylen Nhiệt độ nóng chảy đến 3200oC Chất lượng đường hàn Thực nơi khơng có điện Thường dùng để hàn kim loại mỏng, để cắt thép Các yêu cầu hàn phương pháp kiểm tra đường hàn 10 §2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG a) b) Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng b) Liên kết có ghép: Liên kết thép có sử dụng hay ghép: a) b) d) c) c) Liên kết thép hình: a) b) d) Cần tăng số lượng bulơng lên 10% ThÐp gãc ghÐp B¶n ghÐp c) d) Không cần tăng số lượng bu lông lên 10% độ cứng cấu kiện lớn 58 §2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG Bố trí bulơng a) Hình thức bố trí song song: b) Hình thc b trớ sole: 1) K hoảng cách a) d đường kính thân bulơng b) N N 2d 2,5d 2,5d 2,5d N N 2d 2,5d 2,5d 2) K hoảng cách max Nu b trớ cỏc bulụngc)cú thộp kếtu dễ CÊukhoảng kiƯn chÞucách kÐo gần q, bảnd) CÊu liên kiƯn chÞ nÐnbị xé đứt (phá hoại ép mặt) 16d 16d 12d 16d Nếu bố trí bulơngN có khoảng kết khơng N 24t 24tcách xa q, 18tliên18t N tốn vật N liệu, chặt, dễ bị gỉ, phần thép bulông không đảm bảo ổn định chịu nén Nên bố trí bulơng có khoảng cách nhỏ (khoảng cách min) để tiết kiệm 59 vật liệu, liên kết gọn nhẹ, đảm bảo đủ chịu 8d 4d 8d 4d lực N 16d 24t 16d 24t N §2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG N 12d 18t 16d 18t N Bố trí bulơng c) Đối với 4d 8d 12t thép8thình: e) 4d 8t 8d 12t a a Vị trí dãy bulơng đựoc qui định sẵn theo kích thước loại thép hình Đối với thép góc, bề rộng cánh b < 100 mm : bố trí hàng bulơng b ≥ 100 mm : bố trí hàng bulơng 60 §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Liên kết ghép chồng chịu lực dọc trục N Liên kết có ghép chịu lực dọc trục N Liên kết có ghép chịu mơmen M Liên kết có ghép chịu M V 61 §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết ghép chồng chịu N a) Chọn đường kính bulơng: c) N N - Sử dụng loại đường kính bulơng liên kết cấu kiện - Hạn chế tối đa số loaij duong kinh bulơng dùng cơng trình Đường kính bulơng thường dùng d = 20 ~ 24 mm Đối với cơng trình nặng d = 24 ~ 30 mm b) Xác định khả chịu lực bulông liên kết: [ N ] min,b = min{[ N ] vb ; [ N ] cb } - Khả chịu cắt bulông: - Khả chịu ép mặt bulông: [ N ] vb = A ⋅ fvb ⋅ γ b ⋅ nv [ N ] cb = d ⋅ ( ∑ t ) ⋅ f cb ⋅ γ b 62 d) §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết ghép chồng chịu N c) Tính số lượng bulơng cần thiết liên kết: (tiếp 2/3) c) N N Coi bulông liên kết chịu lực Số lượng bulông cần thiết : [ N ] min,b = min{[ N ] vb ; [ N ] cb } γc n≥ N [ N ]min b ⋅ γ c Chọn n số nguyên : Là khả chịu lực bulông: : Là hệ số điều kiện làm việc KC Đối với kết ghép chồng thép, số lượng bulông n cần thiết cần phải 63 tăng thêm 10% d) §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết ghép chồng chịu N d) Bố trí bulơng liên kết kiểm tra thép bị khoét lỗ bulông: (tiếp 3/3) c) N m Bố trí bulơng theo hình thức song song sole, sử dụng khoảng cách Bố trí bulơng phụ thuộc vào: - Bề rộng b thép để đủ chứa hàng bulông; - Mức độ giảm yếu tiết diện thép kht lỗ bulơng; - Bố trí nhiều hàng chiều dài đoạn nối chồng ngắn bớt; nhiên, thép liên kết bị giảm yếu nhiều Kiểm tra thép bị khoét lỗ bulông: N σ= ≤ f ⋅γ c An An = t ⋅ (b − m ⋅ d1 ) m d1 số lượng hàng bulơng;64 đường kính lỗ bulơng N d §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT CĨ BẢN GHÉP CHỊU LỰC DỌC TRỤC N Ngun tắc tính tốn chung giống với liên kết ghép chồng, khác cần xác định tiết diện ghép 65 §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG B¶n ghÐp Tính tốn liên kết có ghép chịu N N N a) Chọn đường kính bulơng kích thước ghép : Kích thước ghép phải đảm bảo: ∑A ∑A bg N N N ≥ A : tổng diện tích tiết diện ngang ghép A : diện tích tiết diện thép liên kết b) Xác định khả chịu lực bulông liên kết: (giống mục 1.) bg [ N ] min,b = min{[ N ] vb ; [ N ] cb } - Khả chịu cắt bulông: - Khả chịu ép mặt bulông: [ N ] vb = A ⋅ fvb ⋅ γ b ⋅ nv [ N ] cb = d ⋅ ( ∑ t ) ⋅ f cb ⋅ γ b 66 N §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết có ghép chịu N B¶n ghÐp (tiếp 2/2) N N c) Tính số lượng bulơng cần thiết liên kết: (giống mục 1.) Coi bulông liên kết chịu lực Số lượng bulông cần thiết : [ N ] min,b = min{[ N ] vb ; [ N ] cb } n≥ N N N [ N ]min b ⋅ γ c N Chọn n số nguyên : Là khả chịu lực bulơng: Số lượng bulơng n cần thiết bố trí phía ghép liên kết có ghép, d) Bố trí bulơng liên kết kiểm tra thép bị khoét lỗ 67 (giống mục 1.) bulơng: N §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết có ghép chịu mô men M V a) V b) Νi Μ Μ Ν1 = Ν max Các cặp ngẫu lực Số lượng bulơng bố trí phát triển theo phương ngang để tăng khả chịu uốn liên kết Cần xác định lực tác dụng vào bulông M gây N1b = ? Coi thép liên kết ghép cứng vô xoay xung quanh trọng tâm vùng bulông Giả thiết gần vùng bulông hẹp 68 (khi số lượng bulơng n khơng lớn) §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kếta)có ghép chịu mô men M V V (tiếp 2/3) b) Ν1 = Ν max Νi Μ Μ Số lượng bulông bố trí phát triển theo phương ngang để tăng khả chịu uốn liên kết Cần xác định lực tác dụng vào bulông M gây N1b = ? Coi thép liên kết ghép cứng vô xoay xung quanh trọng tâm vùng bulông Giả thiết gần vùng bulông hẹp (khi số lượng bulông n không lớn) Coi mô men uốn M phân thành cặp ngẫu lực quay xung quanh trọng tâm vùng bulông theo nguyên tắc tỷ lệ với khoảng cách 69 cặp ngẫu lực §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết cóa)bản ghép Vchịu mơ men M V Ni N1 N = = = l1 l2 li N1 Ni = li l1 (tiếp b)3/3) Ν1 = Ν max Νi Μ Μ n M = N ⋅ l1 + N ⋅ l + + N n ⋅ l n = ∑ N i l i i =1 N1 n M = ∑ N i li = ⋅ ∑ li l1 i =1 i =1 n => N1 = M ⋅ l1 n l ∑i i =1 Lực lớn tác dụng lên bulông M gây ra: N bM N1 M ⋅ l1 = = n m m ⋅ ∑ l i2 i =1 70 §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Tính tốn liên kết có ghép chịu M, V: Lực tác dụng lên bulơng giả thiết tính riêng cho trường hợp chịu M V Coi lực cắt tác dụng lên bulông: n = m⋅k N bV V = n số lượng bulơng phía ghép Lực lớn tác dụng lên bulông M gây ra: N bM N1 M ⋅ l1 = = n m m ⋅ ∑ li2 i =1 Biểu thức kiểm tra bền: 2 N b = N bM + N bV ≤ [ N ] min,b ⋅ γ c 71 §2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG Ký hiệu bulông vẽ d = 22 Lỗ bulông: Bulông chịu lực: Bulông tạm: Bulông cường độ cao: 72 ... Phức tạp liên kết bulông Chịu tải trọng động tốt A LIÊN KẾT HÀN ? ?2. 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG KẾT CẤU THÉP ? ?2. 2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TỐN CỦA ĐƯỜNG HÀN ? ?2. 3 TÍNH TỐN CÁC LIÊN KẾT HÀN...CHƯƠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Các loại liên kết : Liên kết hàn: ƯĐ: Đơn giản, tốn công chế tạo, giảm khối lượng kim loại, kinh tế, liên kết kín,… NĐ: Do ảnh hưởng... mép: ∑l w2 N2 ≥ h f ⋅ ( β ⋅ f w ) ⋅ γ c 36 TÍNH TỐN LIÊN KẾT CĨ BẢN GHÉP a Đặc điểm Liên kết có ghép liên kết sửa) dụng ghép để truyền lực từ cấu kiện sang cấu kiện Bản ghép liên kết với thép đường