THIẾT KẾ CẦU THÉP

TS NGUYỄN XUÂN TOẢN - ThS NGUYỄN v ă n mỹ THIẾT KẾ CẦU THÉP NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ N Ộ I-2010 L Ờ I N Ó I Đ Ầ U Trong năm gần với p h t triển khoa học công nghệ, lĩnh vực xây dựng cầu nước ta củng liên tục p h t triển theo hướng cơng nghiệp hố đại hố Các cơng nghệ xây dựng cầu thép, cầu nhịp lớn ngày hoàn thiện triển khai ứng dụn g rộng rãi ph ạm vi nước Đăc biệt công nghệ chê'tạo thép hợp kim, thép cường độ cao p h t triển thúc đ ẩ y khả ứng dụng kết cấu thép nòi chung cầu thép nói riêng vào xây dự ng ngày phơ biến nước ta C ùng ƯỚI gia nhập WTO hội nhập với nước p h t triển thê giới, Việt N a m áp dụng nhiều tiêu chuẩn thiết k ế xây dựng khác, tùy thuộc vào dự án nguồn vốn đầu tư Đê đáp ứng nhu cầu độc giả, đặc biệt sinh viên chuyên ngành cầu hầm, cầu đường trường đại học, cao đẳng, trung cấp, biên soạn "Thiết k ế cầu thép" với nội dung dựa Tiêu chuẩn thiết k ế cầu 22T C N 272-05 Việt Nam, Tiêu chuẩn AISC, Tiêu chuẩn A A SH T O LRFD 2005 Hoa Kỳ s ố tài liệu tham khảo khác N ội dung sách bao gồm sáu chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung cầu thép Chương 2: Vật liệu thép Chương 3: Cơ sở thiết k ế cầu thép Chương 4: Liên kết cầu thép Chương 5: Thiết k ế cầu dầm thép Chương 6: Thiết k ế cầu dàn thép Trong chương biên soạn gồm ph ần lý thuyết kèm theo ví dụ tính tốn áp dụn g đê độc giả d ễ tiếp cận áp dụn g vào thực tế Tác g iả bày tỏ lòng biết ơn đến đồng nghiệp môn c ầ u H ầm trường Đ ại học Bách Khoa - Đ ại Học Đ N an g tạo điều kiện hoàn thành tài liệu Do trình độ có hạn biên soạn lần đầu nên khơng tránh khỏi thiếu sót nhầm lẫn, m ong độc giả đóng góp ý kiến đ ể chúng tơi hồn thiện cho lần tái sau C c tá c g iả C hương I GIỚI THIỆU CHUNG VỂ CÂU THÉP 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG C n g trình cầu nói chung xây dựng hầu hết tu y ến g ia o th ôn g đ n g bô đ n g sắt để vư ợ t qua chư ớng ngại vật tự nhiên sô n g , su ố i, k ênh, rạch, đầm lầy, k h e s â u chư ng ngại vật nhân tạo c n g trình đư n g bộ, đư n g sắt, k iến trúc khác xây dựng bên d i T ron g cầu thép loại cầu m kết cấu chịu lực chủ y ế u đư ợ c làm vật liệu thép C ho tới cầu thép loại cầu sử dụng rộn g rãi ch o cầu nhịp trung nhịp lớn tính chất ưu việt vật liệu thép Đ ặc biệt n gày thép cò n đư ợc thêm v o thành phần kim loại quí khác để tạo nhữ n g loại thép hợ p kim c ó tính tốt, đặc biệt tiêu c học cao có khả năn g c h ố n g rỉ tốt hơn, th ép n g y cà n g trở nên quan trọng, xây dựng cầu vư ợ t nhịp lớn D o thép vật liệu dẳng hướng có độ bền cao chịu m ọi trạng thái ứng suất k é o , n én, u ốn , x o ắ n nên c ó thể dùng cho tất loại cầu khác Đ iề u tạo n ên đa dạng phong phú cho cầu thép như: cầu dầm , cầu g iàn , cầu v ò m , cầu treo, cầu d ây v ă n g , cầu khung hệ liên h ợ p Đ ặ c b iệt thép cư n g đ ộ cao có khả chịu k éo tốt nên áp d ụ n g h iệu cầu treo, cầu dây văng, cầu thép dự ứng lực, cầu v ị m có c ă n g giảm đư ợ c kh ối lư ợ n g kết cấu, tiết k iệm vật liệu , tiết kiệm thép, vượt đ ợ c nhịp lớn Đ iể n hình cầu treo A k a sh i K aikyo N hật vượt nhịp 1991m T h ép vừ a c ó độ bền cao vừa có tính d ẻo nên liên kết đư ợ c cấu tạo đơn giản, sản xuất lắp ráp dễ dàng Đ iều đặc biệt lợi v i cầu nhịp lớn , v ì cầu nhịp lớ n c ó thể phân thành phân tố kết cấu có kích thư c trọng lư ợ n g phù h ọp v i c ô n g n g h ệ thi c ô n g , để v iệc vận ch u yển lắp ráp dễ d n g thuận lợi Đ iề u c ũ n g g iú p phát huy tối đa khả tiêu chuẩn hố, định hình h ố c g iớ i h oá từ khâu sản xuất kết cấu nhà m áy đến khâu vận chu yển lắp ráp n go i trường v ậ y giả m đư ợ c thời gian chi phí xâ y dựng T h ép vừ a c ó tính d ẻo vừ a có tính đồn g cao nên phân bố lại ú n g suất biến d ạn g tốt, có khả chịu lực cụ c tốt, chịu tác đ ộn g cá c tải trọng đ ộ n g tốt T h ép c ó đ ộ n g lớn góp phần tăng ổn định kết cấu, đặc biệt kết cấu ch ịu nén , nén uốn đồn g thời c ầ u th ép c ó n h iều u đ iểm son g tồn m ột số nhược đ iêm lớn cần cân nhắc áp dụng: - G iá thành c ủ a th ép k há cao dẫn tới chi phí cho vật liệ u làm cầu thép cao - T h ép th n g g ỉ m ạnh m trường k g khí ấm axit, m u ố i giảm tuổi thọ c ô n g trình - C hi phi d u y tu, b ã o d ỡ n g, sơn sửa định kỳ cao - N h ữ n g n g h iê n u đ ể khắc phục nhược điểm triên khai như: - S d ụ n g th ép c n g đ ộ cao để giảm khối lượng chi phí - D ù n g thép h ọ p k im k hôn g gỉ, thép mạ, thép tôi, sơn phủ bảo vệ sơn chống g i N h ìn ch u n g cầu th ép đa dạng, phong phú, kết cấu m ành, vượt nhịp lớ n , thờ i g ia n thi c ô n g nhanh, chi phí thi n g rẻ so n g chi phí vật liệu chi phí tron g khai thác c a o (ch i phí sơn, sữa, bão dư ỡ ng c ầ u ) vậy, lựa chọn p h n g án cầ n c ó cân n h ắc k ỹ lưỡng: - G iá thành x â y d ự n g ban đầu - C hi phí khai thác (chi phí sơn ,sữa, bão dưỡng cầu - Q ui m ô dự án, k n ăn g xây dựng, tiến độ xây dựng - T c đ ộ n g củ a m ô i trường - T u ổ i thọ c ô n g trình - M ỹ quan, M ộ t số hình ảnh v ề câ u thép xây dựng nước giới: Hình 1.1 Cầu qua vịnh Forth - Scotland, nhịp 52ỉm (1890) Hình 1.2 Cầu Quebec - Canada, nhịp chỉnh 549m (1917) H ĩnh 1.3 Cầu Sydney - Australia, nhịp 503m (1932) H ình 1,4 Cầu Rio Antirio - Hy Lạp, nhịp 560m (2004) Hình 1.5 cầw Normandie - Pháp, nhịp 856m (1995j Hình 1.6 Cầu Tatara - Nhật Bàn, nhịp 890m (1999) Hình 1.7 c ầ w Golden Gate - Mỹ, nhịp 1280m (1937) H ĩnh 1.8 CầuAkashi Kaikyo - Nhật Bàn , nhịp chỉnh 199ỉm (1998) Hình 1.9, Cầu Long Biên - Hà Nội (1902) Hĩnh 1.10 Cầu Hàm Rồng - Thanh Hố (1904) Hình 1.11 Cầu Hàm Rồng - Thanh Hố (1964) Hình 1.12 Cầu Tràng Tiền - Huế ( ỉ899) H ình L i Cầu Thăng Long, tầng, dài 3500m - Hà Nội (1985) 10 Hình 1.14 Cầu sơng Hàn - Đà Nằng (2000) Hình L I Cầu Bính - Hài Phịng (2005) H ình 1.16 Cầu Thuận Phước - Đà Ncmg, nhịp 405m (2009) 11 1.2 CÁC HỆ THỐ NG c BẢN CỦA CẨU THÉP T h ép vật liệ u đẳng huớ ng v c ó đ ộ bền ca o ch ịu m ọ i trạng thái ứng suất - b iển dạng nên tạo đa dạng v p h o n g phú v ề c h ủ n g loại, k iểu d án g kiến trúc, sơ đồ kết c ấ u sơ b ộ dựa đặc đ iểm cấu tạo s đ kết cấu phân loại cầu thép thành h ệ th ố n g c sau: - C ầu dầm thép - C ầu dàn thép - C ầu v ò m thép - C ầu khung - C ầu treo - C ầu dây văn g - C ầu liên hợp K ết th ốn g kê ch o thấy phạm vi ch iều dài nhịp kinh tế đư ợ c áp dụn g hệ th ốn g cầu n ói c ó thể tham khảo bảng 1.1 C h iều dài nhịp hệ thông cầu thực tế c ó thể lớn n h iều so v i trị số gh i g , so n g th eo nhà ch u y ên m ơn phân tích k g m ang lại h iệu k inh tế v n h iều trường hợp chi phí tốn nên cần cân nhắc k ỹ lư ỡ n g trước q u yết định lựa ch ọ n ph n g án kết cấu cầu ch o phù hợp vớ i m ục tiêu dự án Bảng 1.1 Phạm vi chiều dài nhịp kinh tế áp dụng hệ thống cầu [9| Hệ thống cầu Cầu dầm nhịp đơn giản Nhịp kinh tế (m) đến 30 Cầu dầm liên tục có chiều cao khơng thay đổi đến 120 Cầu dầm liên tục có biên gãy khúc cong 50 - 200 Cầu dầm khung 40 - 200 Cầu dầm hộp liên tục 100 - Cầu dàn đơn giàn -1 Cầu dàn liên tục -4 0 Cầu dàr mút thừa 250 - 550 Cầu vòm 200 - 500 Cầu dây văng 250 - 600 Cầu treo dây võng 350 - 1300 1.2.1 Cầu dầm Đ ợ c sử dụn g phổ b iến trước v đến c ò n đư ợc áp dụng Đ ặc diêm ch u n g cầu dầm là: 12 -1 b = —— = 62 (m m ) Vì l,25b = 1,25x62 = 77,5 (mm) nhỏ 90 mm nên lấy a = 77,5 mm 32C mm a ' = a + — = 77,5 + — = 88,5 (m m ), 2 b = b - — = - — = 51 (mm) 2 tf= 20 d '= d + 3,2 = 22 + 3,2 = 25,2 (ram) I b ia -I K tw= 16 = l _ £ = 1_ z , , p 100 p = 540 kN A h = ~ x 2 = ,9 (mm2) H ìn h 4.32 V í dụ 4.5 Sức kháng kéo có hệ số bu lông xác định theo công thức (4.17): Tr = (Ị),Tn = ,8 X0,76 X ,9 X8 X10“3 = 189,4 (kN) Số bu lơng tính: p _ 540 r 189,4 -7 = ,9 Ta chọn liên kết gồm bu lơng bước theo phương dọc liên kết p = 100 Lực tác dụng lên bu lơng tải trọng ngồi: 540 = 90 (kN) Xác định a theo công thức (4.28a) (18 ,4 /9 -1)(88,5/51) = -2 ,3 ; a < nên lấy a = 1,0 0,75 [ l - (1 ,4 /9 -1 ) (88,5/51)] Bề dày tối thiểu liên kết tính công thức (4.17): X X 1o X 51 ] j 1,0 X = 17,4 (mm) nhỏ 20 mm, 100x345(1 + 0,75 X 1,0) Với t = 20 mm, giả trị a tính lại theo công thức (4.20b): a = X X 1o X 51 0,75 = 0,027, dùng a = 1,0 l,0 x lOOx 202 x 450 Lực tác dụng lên bu lông kể lực nhổ xác định theo công thức (4.24): B = p 1+ ôa 1+ ỗ a a ' lực nhô là: 144 b'~ = 90 + 0,75x1,0 (1 + 0,7 x ,0 )^ 8 ,5 = 112,2 (kN) nhỏ 189,4 kN, Q u = B C- P U = 1 2 -9 = 22,2 (kN) Nếu xác định theo công thức (4.18) lực nhổ là: Qu = 3b t 8a 328000 p = x62 203 X 90 328000 X = 21, (k N ) Ta thấy lực nhổ theo hai cách tính cho kết gần 6 B u lô n g c h ịu c ắ t k é o k ế t h ợ p Sức kháng kéo danh định bu lông chịu cắt kết họp với chịu kéo dọc trục tính sau: K h i Pu/ R n < ,3 : T„ = 0,76A X (4.26) Fub Khi Pu/ R n > ,3 : \2 (4.27) Tn = 0,76A h X Fuh SRn đó: A b- diện tích bu lơng theo đường kính danh định (mm2); Fub- cường độ chịu kéo nhỏ quy định tra bàng 4.7 (MPa); Pu - lực cắt tác động hu lơng tải trọng tính tốn (N); Rn - sức kháng cắt danh định cua bu lông lấy theo công thức (4.10) hoặc(4.11) Sức kháng danh định bu lông chịu cất kéo dọc trục liênkết ma sát tổ hợp tải trọng sử dụng khôrrg vượt sức kháng trượt danh định công thức (4.14) nhân với ( l - T u/P t) , với Tu lực kéo tải trọng tính tốn theo tổ hợp tải trọng sử dụng Pt lực kéo nhỏ yêu cầu bu lông theo bảng 4.13 S ứ c k h n g m ỏ i Các bu lông cường độ cao chịu kéo dọc trục bị mỏi theo biên độ ứng suất Af bu lơng hoạt tải mỏi có xung kích mỏi cộng với lực nhổ tải trọng có chu kỳ mỏi phải thỏa mãn công thức: y (A f)< (A F ) (4.28) đó: y - hệ số tải trọng tổ hợp tải trọng mỏi; (A f) - biên độ ứng suất qua xe tài mỏi (MPa); ( F) - sức kháng mỏi danh định (MPa) Chú ý ràng bu lông thép cac bon thấp ASTM A307 không sử dụng liên kết chịu mỏi 145 4.3 THIẾT KÊ MỐI NỐI 4.3.1 Trình tự thiết kế Quá trình thiết kế mối nối thực theo trình tự sau đây: Xác định tải trọng tác dụng bao gồm cường độ, điểm đặt phương tác dụng Bố trí sơ liên kết theo tỷ lệ Mối nối nhỏ tốt để đỡ tốn vật liệu ngăn cản di chuyển dụng cụ, thiết bị không gian tiếp cận Quyết định chỗ dùng bu lông, hàn chọn loại kích thước bu lơng Quyết định đường dẫn tải qua mối nối Dùng suy luận kinh nghiệm tài liệu tham khảo để xác định đường dẫn tải tốt Tạo liên kết có đủ cường độ, độ cứng, độ dẻo dai thỏa mãn trạng thái giới hạn Hồn chỉnh bố trí cấu tạo, kiểm tra lại yêu cầu khoảng cách theo tiêu chuẩn cuối kiểm tra để đảm bảo mối nối chế tạo lắp ráp cách thuận lợi 4.3.2 Liên kết tối thiểu Trong cầu ô tô, liên kết trừ giằng tay vịn, mối nối cần có hai bu lông mối hàn tương đương Thép góc nhỏ dùng cho giằng 75x65 Trong cầu đường sắt, số lượng bu lông nhỏ cho mặt nối 4.3.3 Mối nối chịu kéo Trong cầu ô tô, mối nối thiết kế theo trị số trung bình ứng suất tính tốn cường độ mối nối phải có khả chịu 75% cường độ Trong cầu đường sắt, mối nối chịu kéo phải có cường độ bàng cường độ Mối nối giằng phụ thuộc phải có trị số trung bình ứng suất tính tốn cường độ tính theo tiết diện thực Trong mối hàn rãnh chịu kéo, phần có chiều rộng chiều dày khác nên phài thay đổi cạnh mặt Độ dốc không 1:2,5 (tương đương 5/12 22°) Chiều dày chuyển tiếp thực theo mối hàn dốc khun trịn phía dày kết họp hai phương pháp (xem hình 4.33a, b, c) Mối nối chịu kéo dùng hàn rãnh ngấu hồn tồn mà khơng cần nối Cường độ tính toán mối hàn lấy thép Tuy nhiên, mòi, biên độ ứng suất cho phép Fsr thép kề với mổi hàn góc liên tục bàn biên với vách dầm dùng cho mối hàn rãnh nếu: • Phần nối có chiều dày • Phần nối có chiều rộng khơng nhau, phần chuyển tiếp phải chuyển (xem hình 4.33a, b, c); thép A514 A517 vuốt với độ dốc không 1:2.5 146 B n kin h m m Đ ầu bán kính cong ^ ^ 175 m m u 50 100 150 / Đ ầ u m ối nối hàn rãnh a) C h i tiế t c h u y ể n đổi bề rộng / - B n k ín h m m 75mm "min1 75 m m / / ' Đ ầ u m ối nối hàn rănh b) Chuyển đổi vuốt thẳng Đ ầ u m ố i n ố i h n rã n h c) C h u y ể n đ ổ i th e o b n kín h H ĩn h 4.33 Chuyến tiếp tiết diện hàn m ôi hàn rãnh ch ịu kéo • Kiểm tra mối hàn phương pháp vơ tuyến siêu âm • Mối hàn kết thúc với thép phải nhẵn phẳng Các mối hàn rãnh không phù hợp với điều kiện phải lấy biên độ ứng suất triết giảm cho thép kề với mối hàn rãnh Đối với kết cấu chịu uốn liên kết bu lông, biên gồm nhiều thành phần cần tránh nối tất phận tiết diện, trừ trường hợp biên có thành phần nối tiết diện Khơng tính mơi bu lơng cần xét đến tính nối Đối với mối bu lông, chịu kéo phải truyền tải trọng qua nối Lực tác động lên tập nối chịu kéo coi phân bố lên tất bu lông nửa tập nối Lực truyền lên bu lông tổng hợp lực truyền từ tập nối cho bất lợi nhất, lực truyền lớn phải nhỏ sức kháng tính tốn bu lông 4.3.4 Mối nối chịu nén Các yêu cầu cường độ cho mối nối chịu kéo áp dụng cho mối nối chịu nén Các phận chịu nén nối mối hàn rãnh ngấu hồn tồn Cũng mối nối chịu kéo, khơng nên dùng nối cho mối hàn Mối hàn rãnh chịu nén không cần kiểm tra mỏi luôn chịu nén Mối hàn rãnh chịu nén cần tạo độ chuyển tiếp hai mặt có chiều dày rộng khác Góc nghiêng tương đổi mặt không l : 2.5 Đối với mối bu lông, chịu nén phải truyền tải trọng qua nối Lực tác động lên tập nối chịu nén coi phân bố lên tất 147 bu lông nửa tập nối Lực truyền lên bu lông tổng hợp lực truyền từ tập nối cho bất lợi nhất, lực truyền lớn phải nhỏ sức kháng tính tốn bu lơng 4.3.5 M ối nối chịu cắt Trong cầu ô tô, mối nối chịu cắt thiết kế theo trị số trung bình ứng suất tính tốn điểm nối cường độ mối nối phải có khả chịu nhât 75% cường độ Trong cầu đường sắt, mối nối chịu cắt phận phải có cường độ phận Mối nối phận thứ yếu lây trung bình cường độ ứng suất tính tốn mối nối Mối nối chịu cắt dùng mối hàn rãnh ngấu hồn tồn khơng nên dùng nối cho trường họp này, Nguyên tắc thiết kế mối hàn rãnh mối nối chịu nén Mối nối chịu cắt dùng cho mối nối vách dầm Khi cần bố trí nối đối xứng hai phía đối diện vách Đổi với cầu, kéo dài suốt chiều cao dầm hai bên vách Mối bu lơng phải có hai hàng bu lơng phía mối nối Xét theo phương diện chịu lực nên bố trí mối nối biên vách dầm mặt cắt khác tốt hom điều khơng phải lúc thực Trong thực tế dầm thường phân đoạn để đáp ứng yêu cầu vận chuyển, cẩu lắp, cấu tạo độ vồng, Các mối nối thực công trường thường phải bố trí mối nối biên vách dầm mặt cắt để việc lắp ráp thuận lợi Trong thực tế mối nối chi chịu lực cắt gặp, mối nối phải chịu lực cắt thường kèm theo phải chịu thêm mơ men Ví dụ moi nối vách dầm (xem hình 4.34) trọng tâm mối nối ngồi lực cắt V, vách cịn chịu thêm mơ men M s Trong tính tốn ta chuyển lực trọng tâm o cùa nửa mối nối, lực tác dụng tương đương lên nửa mối bao gồm lực cắt V mômen M = Ms + v e Trường họp mối nối chịu lực cắt V trọng tâm mối nối, chuyển lực trọng tâm o nửa mối nối, ta có lực tác dụng tương đương lên nửa mối nối bao gồm lực cắt V mômen M = v e Trong e khoảng cách từ trọng tâm mối nối đến trọng tâm bu lông nửa mối nối (xem hình 4.34) Theo phương pháp đàn hồi cổ điển giả thiết chịu mô men uốn, bu lơng nhóm có khuynh hướng quay quanh 148 Hình 4.34 Mối nối vách dầm (sườn dầm) điểm o , nghĩa phàn lực Pb bu lơng tác dụng vng góc với vectơ bán kính từ o đến bu lơng, có độ lớn phụ thuộc vào khoảng cách r tính từ o Mô men tác dụng phải cân với tổng mô men lực Pb tất bu lơng nhóm, ta được: P,xJ M = p _ M x w (4.29) đó: M - mơ men tác dụng (N.m); Pb - lực mô men gây bu lơng xa nhóm điểm o (N); rmax ■ khoảng cách từ điểm o đến bu lơng xa (mm); J - tơng bình phương khoảng cách bu lơng nhóm đến điểm o n J = ^ r2 với r, khoảng cách từ bu lông thứ i đến điểm o Ta tính J theo hệ tọa i=i độ xOy: n n J= n Tị2 = i=i X" + i=i y ^ với Xị y t tọa độ bu lông thứ i hệ tọa độ xOy i=i Lực cắt xem phân bố lên tất bu lông, nghĩa bu lông chịu vectơ lực: V Pv (4.30) „ n Từ công thức (4.29) (4.30), bu lông xa chịu hợp lực là: _y max R = i + v = 37 (kN), cường độ chịu cắt bu lông, cơng thức (4.10), là: 153 Ở có xuất lực cắt nên cường độ chịu kéo xác định theo công thức (4.20): Tn = ,7 A b xF ub 120kN N hư liên kết thỏa m ãn điều kiện chịu cắt 4.3.6.4 M ố i hàn ch ịu cắt kéo C ánh hẫng liên kết bàng mối hàn chịu tổ hợp cắt kéo mơ tả hình 4.38 Mối hàn chịu lực cắt là: p = p=520 ikN p (4.34) đó: p - tải trọng tác dụng lên bảng hẫng (N); L - tổng chiều dài đường hàn (mm) Mô men uốn lực p gây làm cho phần Bản thép 13 mn chịu kéo phần chịu nén Cả hai phương pháp cổ điển đàn hồi giả thiết mối hàn chịu tất tải trọng Trục trung hòa lấy trọng tâm đường hàn Giá trị tải trọng gây điểm đường hàn tỷ lệ với khoảng Hĩnh 4.38 Mối nối hẫng bằn7 hàn chịu cắt kéo cách đến trục trung hòa Đối với phương pháp đàn hồi, lực kéo lớn mối h;àn tính: p =— ( 5) s đó: M - m ô m en tác dụng lên đường hàn (N.mm); s - mô men chống uốn đường hàn trục trung hịa V í dụ 4.9 Bản hẫng thép A36 (cấp 250) liên kết cách hàn hai cạnh chịi nải trọng 520 kN Đường hàn dùng que hàn loại E70X X thể hình 4.34 Lực cắt tác dụng lên hai đường hàn tính: p = 520x i o =4Ị3 (N/mm) v L 2x630 M ôm en chống uốn đường hàn trục trung hòa: s =2X = 132300 (m m 3/m m ) Lực kéo lớn tác dụng lên đường hàn mô men gây ra: n p M xc 520 x l x 350 X(6 /2 ) J X (.1/12) X = —— — = : = 1376 (N /m m ) Lực tác dụng lên đường hàn cắt kéo là: R = ^/(413)2 + (1376)2 = 1437 (N/mm) Sức kháng cắt đường hàn: R r = ,6 x (ị)e2 X Fexx = ,6 X0 ,8 X480 - 232 (M Pa) Chiều dày đường hàn xác định bởi: D= R 1437 ,7 R r ,7 x —— = 8,8 (m m ) Chọn đường hàn dày 10 mm 4.3.7 T ính tốn phận liên kết Mục đích để kiểm tra phận mối nối nút chịu kéo, c ắ t , 4.3.7.1 Tính tốn p h ậ n liên k ế t chịu kéo Sức kháng chịu kéo tính tốn Pr phải lấy trị số nhỏ cường độ chảy đứt gãy xác định sau: • Theo cường độ đứt gãy: Pr = ‘ỈVPnu = ^u-Pu-An-U (4.36) “ ‘tyPny = ^y-íy-Ag (4 37) • Theo cường độ chảy: đó: Pnu - sửc kháng kéo danh định đứt gãy tiết diện thực (N); P]iy- sức kháng kéo danh định chảy tiết diện nguyên (N); Fy - cường độ chảy (MPa); Fu - cường độ chịu kéo (MPa); A - diên tích tiết diên nguyên bô phân (m m 2); A n - diện tích tiết diện thực phận (mm 2); u - hệ số triết giảm cắt trễ lấy điều 6.8.2.1 6.8.2.2; ộ u - hệ số sức kháng chảy lấy theo điều 6.5.4.2; ỵ - hệ số sức kháng đứt gãy lấy theo điều 6.5.4.2 155 4.3.7.2 Tính tốn ph ậ n liên kết chịu cắt Đối với phận liên kết chịu cắt, sức kháng tính tốn R r lấy sau: Rr = * ,R , R n = ,5 A gFy (4.38) (4.39) đó: R n - sức kháng cắt danh định (N); A - diện tích tiết diện nguyên liên kết (mm2); Fy - cường độ chảy (MPa); (ị>v - hệ số sức kháng cắt lấy theo điều 6.5.4.2 4.3.7 C khối Đối với số loại liên kết, phần vật liệu đầu phần tử bị xé rách Ví dụ liên kết phần tử thép góc đơn chịu kéo hình 4.39 cho thấy tượng gọi cắt khối Ở trường hợp này, phần tơ đậm có xu hướng bị phá hỏng lực căt dọc theo tiết diện ab bàng lực kéo tiết diện ngang bc Hĩnh 4.39 c ắ t khối Đối với liên kết bu lơng, cắt khối xảy nút Hình 4.40 mơ tả phần tử chịu kéo liên kết với nút Trong liên kết này, cắt khối xảy cà nút phần từ chịu kéo Đối với nút, phá hoại kéo dọc theo tiết diện ngang df, phá hoại cắt xảy hai tiết diện dọc de fg Sự phá hoại căt khối phần tử chịu kéo bao gồm kéo tiết diện ik cắt hai tiêt diện hi jk 156 Hình 4.40 cắ t khối phần từ tẩm chịu kéo liên kết với bán nút M hình sử dụng để tính tốn giá thiết pha hỏng xay dứt gãy vùng chịu cắt đứt gãy vùna chịu kéo Cả hai mặt phá hỏng tạo sức kháng tổng cộng, ứ n g suất đứt gãy cát lấy 58% ứng suất kéo cực hạn; đó, sức kháng danh định cắt 0,58FuA nv sức kháng danh định kéo FuA nt Vì vậy, sức kháng danh định tổng cộng là: R „ = ,5 F „ A nv+ F 0A„, (4.40) đó: A nv - diện tích thực dọc theo mặt chịu cắt; A m - diện tích thực dọc theo mặt chịu kéo Tiêu chuẩn AISC sử dùng cơng thức (4.40) cho thép góc nút, số liên kết với dầm, số hạng thứ hai triết giảm ứng suất kéo phân bố không Đối với trường hợp này: R n = 0,58F uA nv+ ,5 F uA n, (4.41) Tiêu chuẩn AISC yêu cầu giới hạn 0,58FuA nv 0,58FyA gv với 0,58Fỵ ứng suất cắt chảy A c* diên tích nguyên doc theo măt chiu cắt Như vây, môt cơng thức dùng cho tất trường hợp là: R n = ,5 F uA nv + U bsFuA nt < 0,58F yA gv + U bsFuA nt (4.42) đó: U bs = 1,0 ứng suất kéo phân bố U bs = ,5 ứng suất kéo phân bô không Cuối cùng, sức kháng cắt khối có hệ số tính bởi: R r =bsRn ' ' (4.43) với