Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Nghề Hàn)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mơ đun/Mơn học: TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN Nghề: HÀN Trình độ: CAO ĐẲNG Biên soạn: Nguyễn Văn Trúc Tài liệu lưu hành nội Năm 2017 MỤC LỤC Bài 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Thép đinh hình Thép Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn 3.1 Thép bon thấp 3.2 Thép hợp kim thấp 3.3 Thép không rỉ 3.4 Nhôm hợp kim nhôm Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn Bài 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN MỐI HÀN Tính độ bền kéo, nén mối hàn giáp mối Tính độ bền kéo, nén mối hàn góc 10 2.1 Tính mối hàn đối xứng ngang 10 2.2 Mối hàn đối xứng dọc 11 Tính độ bền uốn tổng hợp mối hàn 12 3.1 Mối hàn giáp mối chịu uốn 12 3.2 Mối hàn góc chịu uốn (hình 2-6) 12 3.3 Mối hàn chịu xoắn 14 3.4 Các ví dụ tính tốn 14 An toàn lao động - Vệ sinh phân xưởng 16 Bài 3: ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN 17 Tính ứng suất biến dạng hàn đắp 17 Tính ứng suất biến dạng hàn giáp mối 18 2.1 Tính nội lực tác dụng 19 2.2 Tính nội lực phản kháng ứng suất phản kháng hàn có kích thước khác (hình 3-2) 20 2.2.1 Nội lực phản kháng hàn tính sau: 20 2.2.2 Ứng suất phản kháng tính sau 20 2.3 Tính mô men uốn 20 2.4 Tính ứng suất uốn 21 2.5 Tính độ võng 21 2.6 Các ví dụ tập 22 Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu thép góc 23 3.1 Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ L (hình 4- 4) 24 3.1.1 Tính lực tác dụng 24 3.1.2 Tính ứng suất phản kháng 24 3.1.3 Tính mơ men uốn 24 3.2 Ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ T 25 Các biện pháp giảm ứng suất biến dạng hàn 26 4.1 Các biện pháp kết cấu công nghệ 26 4.2 Các biện pháp khử biến dạng 27 4.3 Kẹp chặt chi tiết hàn 27 4.4 Các phương pháp giảm ứng suất 27 4.4.1 Phương pháp tạo lực ép lên mối hàn 27 4.4.2 Nung nóng trước hàn q trình hàn 27 4.4.3 Nung sau hàn 27 4.4.4 Nắn, sửa 27 An toàn lao động vệ sinh phân xưởng 28 I Tính tốn kết cấu dầm 28 Khái niệm phân loại dầm 28 1.1 Khái niệm 28 1.2 Phân loại dầm 28 Tính tốn thiết kế dầm 29 2.1 Tính chọn chiều cao dầm 30 2.2 Tính tốn thơng số khác dầm 30 2.2.1 Tính mơ men chống uốn 30 2.2.2 Tính mơ men qn tính tiết diện 30 2.2.3 Tính mơ men qn tính vách đứng có chiều cao hb chiều dày Sb 30 2.2.4 Tính mơ men qn tính đế 31 2.2.5 Tính ứng suất uốn 31 2.2.7 Tính ứng suất tương đương 31 2.3 Tính tốn mối hàn dầm 32 Ứng suất biến dạng hàn dầm 33 Ứng dụng tính vật liệu gia công dầm 37 4.1 Tính phản lực gối đỡ 38 4.2 Tính mơ men uốn M 38 4.3 Tính chiều cao dầm 38 4.4 Tính mơ men chống uốn Wy 39 4.5 Tính mơ men qn tính J y 39 4.6 Tính mơ men qn tính vách Jb 39 4.7 Tính mơ men qn tính đế J d 39 4.8 Tính chiều cao hd 39 4.9 Kiểm tra độ bền uốn 40 4.10 Tính ứng suất tiếp lớn 40 II Tính tốn kết cấu trụ 40 Khái niệm, phân loại, trạng thái chịu tải trọng trụ 40 1.1 Khái niệm 40 1.2 Phân loại trụ 41 1.2.1 Loại trụ có mặt cắt ngang hình chữ I 41 1.2.2 Trụ có mặt cắt hình chữ 41 1.2.3 Trụ có mặt cắt ngang hình 41 Tính tốn thiết kế trụ 42 2.1 Tính tốn thiết kế mặt cắt ngang trụ 42 2.2 Tính tốn mối hàn liên kết phần tử trụ 44 Ứng suất biến dạng hàn trụ 45 3.1 Các biện pháp giảm ứng suất hàn trụ 45 3.2 Các biện pháp giảm biến dạng hàn trụ 47 Ứng dụng tính tốn vật liệu gia cơng trụ 48 An toàn lao động - vệ sinh môi trường 52 Bài 5: TÍNH TỐN KẾT CẤU TẤM, DÀN 53 I Tính tốn kết cấu 53 Khái niệm, phân loại, trạng thái làm việc kết cấu 53 1.1 Khái niệm chung kết cấu 53 1.2 Phân loại kết cấu trạng thái làm việc kết cấu 53 1.2.1 Nhóm 54 1.2.2 Nhóm 54 Tính toán kết cấu 54 2.1 Kết cấu thùng chứa hình trụ đứng 54 2.1.1 Tính tốn phần thân thùng 54 2.1.2 Tính tốn đáy thùng 55 2.1.3 Tính tốn nắp thùng 56 2.2 Tính kết cấu bình chứa chất lỏng, chất khí áp suất cao 57 2.2.1 Tính chiều dày bình 57 2.2.2 Tính chiều dày đáy bình 57 2.2.3 Các bình làm việc điều kiện dễ gây cháy nổ 57 Ứng suất biến dạng hàn 57 3.1 Ứng suất biến dạng co ngang hàn giáp mối tự 58 3.2 Ứng suất biến dạng co ngang hàn giáp mối có gá kẹp 67 Các ứng dụng tính tốn vật liệu gia cơng 69 II Tính tốn kết cấu dàn 70 Khái niệm, phân loại, trạng thái làm việc kết cấu dàn 70 1.1 Khái niệm dàn 71 1.2 Phân loại trạng thái làm việc dàn 71 1.2.1 Dàn kèo nhà 71 1.2.2 Các dàn cần trục thường có dạng hình 5-14 72 1.2.3 Dàn cầu 73 Tính tốn kết cấu dàn 73 2.1 Tính tải trọng ứng suất dàn 73 2.1.1 Tính tải trọng 73 2.1.2 Tính nội lực dàn 73 2.2 Xác định tiết diện ngang dàn 74 2.3 Tính tốn nút dàn 75 2.3.1 Tính nút đế 75 2.3.2 Tính nút đỉnh 76 2.4 Nối biên 76 Ứng suất biến dạng hàn kết cấu dàn 76 Ứng dụng tính vật liệu gia công dàn 80 An toàn lao động - vệ sinh môi trường 84 Bài 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Thép đinh hình Thép đình hình loại có hình dạng đặc biệt có tiết diện ngang thay đổi chu kỳ theo chiều dài, loại dùng kết cấu hàn - Thép chữ L (thép góc): Đây loại thép hình sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu hàn, thép chữ L thường dùng để chế tạo loại khung, dàn, liên kết khác kết cấu Từ thép góc ta chế tạo loại hình khác cách ghép thép góc lại với nhau, ví dụ ghép hai thép góc lại ta có kết cấu chữ [, chữ T, ghép góc ta có kết vấu chữ , loại thép hình có phạm vi sử dụng lớn thực tế Thép hình chữ L có loại L cánh L cánh lệch + Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại qui định TCVN 165675 Loại nhỏ có kích thước L20  3, nghĩa cạnh có kích thước 20mm, chiều dày có kích thước 3mm Loại lớn có kích thước L250  20 Đây loại thép sử dụng nhiều để chế tạo kết cấu nhiều tính cơng nghệ cao, q trình gia cơng người thợ khơng cần ý đến cạnh thép, cạnh nhau, dặc tính ưu việt loại thép góc + Thép chữ L cạnh khơng đều: Gồm có 47 loại qui định tiêu chuẩn TCVN 1657-75 Loại nhỏ L25163,có nghĩa cạnh thứ 25mm, cạnh thứ hai 16mm, chiều dày 3mm Loại lớn có kích thước 250  160  20 Đây loại thép góc mà phạm vi ứng dụng khơng lớn, tính cơng nghệ thép khơng cao q trình gia cơng người thợ cần phải ý đến cạnh thép (do cạnh không nhau) ảnh hưởng đến suất lao động Vì thiết kế kết cấu cần ý đến đặc điểm để lựa chọn thép góc cho hợp lý - Thép chữ : Đây loại thép sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu chịu uốn, nén Theo TCVN 1655-75 thép chữ  có 23 loại, chiều cao loại nhỏ 100mm, loại lớn 600mm Ngồi cịn có thêm số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" phía Thép chữ  loại thép khó liên kết với để tạo loại - Thép chữ [: Theo TCVN 1654-75 thép chữ [có 22 loại, chiều cao loại nhỏ 50, loại lớn 400mm ( chiều cao tiết diện ), ví dụ [ 22 loại có chiều cao h = 220mm Chiều dài thép chữ [ từ - 13m Ngồi cịn có số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép [ 22 a Trong thực tế cịn có cácloại thép hình khác thép ống không hàn dùng kết cấu đường dẫn chất lỏng,chất khí Đối với loại thường thực, thép trịn, thép vng v.v thường sử dụng Thép Thép dùng rộng rãi có tính vạn cao, chế tạo loại hình dáng, kích thước bất kỳ, thép dùng nhiều loại kết cấu vỏ tàu thuỷ, vỏ bình chứa chất lỏng, bình chưa khí, loại bồn chứa, bể chứa, loại ống dẫn chất lỏng, chất khí Ngồi thép dùng để chế tạo loại chi tiết máy v v Trong thực tế thép có qui cách sau: - Thép phổ thơng: Có chiều dày S =  60 mm; chiều rộng từ 160  1050 mm chiều dài từ 6000  12000 mm - Thép dày có chiều dày S =  160mm; chiều rộng từ 600  3000 mm; chiều dài từ 4000  6000mm - Thép mỏng có chiều dày S = 0,2  4mm rộng từ 600  1400 mm Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn 3.1 Thép bon thấp Đây loại vật liệu sử nhiều để chế tạo loại kết cấu hàn, loại vật liệu dể hàn mối hàn dể đạt chất lượng theo yêu cầu mà khơng cần phải có biện pháp cơng nghệ phức tạp Trong thực tế, thép bon thấp sử dụng để chế tạo kết cấu hàn chia hai nhóm thép hình thép tấm, tiêu chuẩn hoá theo Tiêu chuẩn Việt nam (TCVN) Đối với loại thép nước khác tiêu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế 3.2 Thép hợp kim thấp Đây loại thép có tính hàn tốt đứng sau thép bon thấp, có tính hàn tốt loại thép hợp kim thấp hay sử dụng để chế tạo kêt cấu hàn có yêu cầu độ bền cao làm việc điều kiện đặc biệt Thép hợp kim thấp thường dùng để chế tạo kết cấu hàn gồm loại thép Măng gan; thép Crơm - Silíc - Măng gan; Crôm - Măng gan - Môlipđen Thép hợp kim thấp gồm loại thép hình thép tấm, chế tạo theo tiêu chuẩn 3.3 Thép không rỉ Được sử dụng để chế tạo loại kết cấu hàn làm việc điều kiện đặc biệt, làm việc điều kiện nhiệt độ cao, làm việc điều kiện tiếp xúc với hoá chất, thiết bị bảo quản, chế biến thực phẩm, thiết bị dụng cụ y tế v.v Phần lớn loại thiết bị thuộc loại thuộc dạng tấm, nhu cầu sử dụng loại kết cấu chế tạo từ thép không rỉ lớn nhiều công nghệ gia công kết cấu thếp không rỉ đại xuất thực tế Các loại thép không rỉ sử dụng nhiều Crơm - Ni ken; Crơm - Ni ken - Bo; Niken - Mơlíp đen - Crơm Và số loại thép chịu ăn mịn hố học, chịu nhiệt, bền nhiệt 3.4 Nhôm hợp kim nhôm Nhôm hợp kim nhôm ứng dụng nhiều để chế tạo kết cấu hàn Đặc biệt hợp kim nhôm dùng để chế tạo kết cấu yêu cầu có trọng lượng nhỏ, kết cấu yêu cầu chống rỉ Thông thường hợp kim nhôm hay dùng Duya-ra dùng cho kết cấu địi hỏi có độ bền nhiệt cao; cịn hợp kim nhôm ma nhê dùng cho loại kết cấu vỏ tàu loại nhỏ có tốc độ cao, kết cấu xây dựng, thùng chứa thực phẩm, chứa thức ăn, chứa nước v.v Nhôm hợp kim nhôm thường chế tạo dạng Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn Bài 2: TÍNH TỐN ĐỘ BỀN MỐI HÀN Tính độ bền kéo, nén mối hàn giáp mối Mối hàn giáp mối loại mối hàn ứng dụng nhiều kết cấu hàn, mối hàn có nhiều ưu điểm tốn kim loại bản, ứng suất tập trung, công nghệ thực dễ dàng Do mối hàn chịu kéo chịu nén độ bền giống nên ta cần tính tốn, kiểm tra điều kiện bền cho trường hợp chịu kéo đủ, để kiểm tra điều kiện bền kéo ta xét mối ghép hàn giáp mối (hình 1) N b N Hình 2-1: Mối hàn giáp mối Ta có chiều rộng nối b chiều dài cần hàn, chiều dày chi tiết hàn S, lực kéo N Như theo lý thuyết bền ta có Để mối ghép hàn đảm bảo độ bền biểu thức sau phải thoả mãn Ơmax = N  [Ơ] k Fh (2-1) Trong đó: Ơmax ứng suất lớn sinh kết cấu chịu lực tác dụng, N lực tác dụng, F h diện tích mặt cắt mối hàn, xác định sau: F h = b  S với S chiều dày chi tiết hàn Như ta có: Ơmax = N   k BS (2-2) Từ công thức ta suy toán sau: - Bài toán 1: Kiểm tra điều kiện bền kéo theo cường độ, ta dùng cơng thức (2-2) - Bài tốn 2: Xác định tải trọng, lúc ta dùng công thức sau: N  b  S  [ơ]k (2-3) - Bài toán 3: Tính tốn kích thước mối hàn theo cơng thức sau: B  S   k  N  B  N   k S (2-4) Và: S N   k B Trong trường hợp kích thước kết cấu khơng thay đổi, muốn tăng khả chịu tải trọng kết cấu thiết kế mối hàn xiên hình 2-2 N b N s  Hình 2-2: Mối hàn giáp mối xiên Trên hình vẽ ta có: N lực tác dụng b chiều rộng nối  góc vát nghiêng chi tiết hàn Như điều kiện bền mối hàn lúc là:  max  N  Fh N =  k B s sin  Từ ta có:  max  N sin   K  s.b Mà α luôn nhỏ 90 ứng suất tác dụng lúc bị giảm xuống, điều kiện bền tăng lên Tính độ bền kéo, nén mối hàn góc Khi kiểm tra độ bền cho mối hàn góc ta thực trình kiểm mối hàn theo dạng sau: 2.1 Tính mối hàn đối xứng ngang Xét mối hàn ngang chịu lực hình vẽ 2-3 N S h N 10 V=  D t h Thay giá trị vào biểu thức ta có Dt  4V   h 4.40  3,2 dm  32cm 3,14.5 Vậy đường kính bình Dt = 320 mm b - Tính chiều dày bình Theo cơng thức (6- 6) ta có: S= P.Dt 1,5.320 c   1,7  2mm 200.  K  P 200.0,7.20  1,5 Vậy ta chọn S = 2,5 - (m m) để đãm bảo điều kiện bền c- Tính chiều dày đáy bình Chiều dày đáy bình xác định theo công thức (6-7) sau: Sd = P.Dt D  t c 400.Z  K  P 2.ht Thay giá trị vào biểu thức ta có: Sd = 1,5.320 320  1,7  2mm 400.1.20  1,5 2.65 Để đảm bảo điều kiện bền ta chọn Sd = 2,5 - (mm) 2- Kiểm tra độ bền bình dập lửa tạt ngược Biết đường kính bình dt = 60mm a- Tính áp suất nổ Khi nổ áp suất xác định sau: Pn = 12 ( P + 1) - Thay giá trị vào ta có áp suất nổ là: Pn = 12 ( 1,5 + ) - = 29 KG/cm b- Tính chiều dày bình Chiều dày bình xác định theo công thức: Snl = Pn d t c 200.  K  Pn Thay giá trị vào biểu thức ta có: Snl = 29.60  1,7  2mm 200.1.20  29 Để đảm bảo độ bền ta chọn Snl = 3mm II Tính tốn kết cấu dàn Khái niệm, phân loại, trạng thái làm việc kết cấu dàn 70 1.1 Khái niệm dàn Dàn hệ thống liên kết với đầu mút khớp lề, bất biến hình dáng chịu tác dụng tải trọng Hệ thống xem bất biến hình dáng hình học hệ thống mà chịu tải trọng điểm có chuyển vị song bỏ tải trọng điểm trở vị trí ban đầu, nghĩa hệ thống làm việc trạng thái đàn hồi Các dàn liên kết hàn dàn lề, thực nghiệm chứng tỏ phân bố ứng lực dàn hàn không khác nhiều so với dàn lề - bu lông Vì dàn hàn xem hệ thống lề việc tính tốn thiết kế thực hiên hệ thống dàn liên kết bu lông - lề Cấu trúc dàn gồm có phần tử sau: Thanh biên trên, biên dưới, chống, giằng, liên kết phần tử với gọi nút dàn Kết cấu dàn thể hình vẽ sau: Hình -11: Kết cấu dàn 1.2 Phân loại trạng thái làm việc dàn Dàn phân loại theo cơng dụng, theo kết cấu tổ hợp nó, kỹ thuật dàn xem hợp lý dàn thoả mãn điều kiện kết cấu hợp lý nhất, trọng lượng nhỏ nhất, chế tạo dễ dàng Kết cấu dàn chia loại sau: 1.2.1 Dàn kèo nhà Dàn kèo nhà bao gồm dàn kèo nhà dân dụng, dàn kèo nhà công nghiệp a- Dàn kèo nhà dân dụng Dàn kèo nhà dân dụng thường có dạng sau Hình 5-12: Dàn kèo nhà dân dụng 71 Đây loại dàn có u cầu khả chịu tải trọng khơng lớn lắm, dàn gồm biên trên, biên dưới, giằng, chống, tất liên kết với nút Nút đế đạt hai đầu dàn làm nhiệm vụ vừa liên kết với phần tử dàn vừa làm nhiệm vụ liên kết dàn với trụ Nút đỉnh nút vị trí dàn, làm nhiệm vụ liên kết biên trên, chống Nút nút có nhiều phần tử liên kết nhất, nút vị trí biên Các nút lại gọi nút trung gian Dàn kèo nhà dân dụng có yêu cầu sau: Khoảng cách nút d = - 3m; Tỷ lệ chiều cao chiều dài dàn h 1   l 12 14 b- Dàn kèo nhà công nghiệp h Dàn kèo nhà cơng nghiệp có dạng hình 5-13 d l Hình 5-13: Dàn kèo nhà công nghiệp Đối với loại dàn kèo nhà cơng nghiệp có nhịp lớn, người ta thường dùng loại chống cứng Độ dài khung dàn d = 1,5 – 3,0 m, tỷ số độ cao chiều dài l chọn khoảng h 1   l 10 14 Các dàn đơn kép 1.2.2 Các dàn cần trục thường có dạng hình 5-14 Hình 5-14: Dàn cần trục 72 Khi làm việc xe tời chuyển động biên, khoảng cách nút d = 1,5 - 2,5m, tỷ số chiều cao chiều dài h 1 tỷ số xác định   l 10 18 yeu cầu độ cứng Tỷ số lớn độ lớn độ cứng, độ võng chịu tác động tải nhỏ Trong thực tế cần tăng tỷ số ta phải tăng chiều cao h, mà tăng chiều cao h phải phụ thuộc vào chiều cao xưởng, tính tốn thiết kế cầu trục cần phải quan tâm đến kết cấu xưởng cần lắp đặt cầu trục 1.2.3 Dàn cầu Dàn cầu loại dàn chịu tải trọng lớn, cần có độ cứng cao, yêu cầu độ cứng khung lớn nhiều Phần lớn dàn cầu có d = - 4m, tỷ số chiều cao chiều dài h 1   l Trong thực tế nhiều dàn phẳng liên kết với tạo thành hệ dàn không gian, dàn phẳng liên kết với giằng dọc giằng ngang Tính tốn kết cấu dàn 2.1 Tính tải trọng ứng suất dàn 2.1.1 Tính tải trọng Các tải trọng đặt lên dàn bao gồm lực tập trung, lực phân bố, mơ men uốn.v.v - Tính phản lực gối đỡ, dùng phương trình cân tĩnh học để tính phản lực gối đỡ M A  0; M B  0; - Tính mơ men uốn lớn MMax =  Mi 2.1.2 Tính nội lực dàn Để xác định nọi lực dàn ta dùng phương pháp mặt cắt, trước cần xác định xem dàn thuộc loại nào, đối xứng hay không đối xứng, đối xứng ta cần xét nửa dàn, nửa lại lấy đối xứng tương ứng cho phần tử Nếu dàn khơng đối xứng phải tính tốn cho tồn dàn - Dùng mặt cắt để cắt dàn, lập phương trình cân cho phần dàn bị cắt sau: 73 Y  - Giải phương trình cân thành lập để xác định nội lực phần tử dàn 2.2 Xác định tiết diện ngang dàn Thanh biên chịu nén phải có diện tích mặt cắt ngang xác định theo công thức sau: FYC  N  K  (5-1) Trong đó: FYC diện tích yêu cầu mặt cắt ngang N nội lực tính tốn : hệ số uốn dọc, hệ số ước chọn trước Sau chọn FYC ta tiến hành xác định mặt cắt hợp lý, tính lại F, kiểm tra bền theo cơng thức sau:  N   K    (5-2) Nếu hàn với cạnh mối hàn xác định theo công thức sau: K = (0,4 - 0,6) (5-3) Ưng suất sinh mối hàn xác định theo công thức:  Q.S J 2.0,7.K (5-4) Trong đó: Q : lực ngang S: Mô men tĩnh J: Mô men quán tính biên lấy trọng tâm mặt cắt ngang Đói với dàn chịu kéo thường chế tạo loại vật liệu biên chịu nén , tính theo cơng thức sau: FYC  N  K (5-5) - Tính tiết diện giằng trụ Các loại giằng, trụ dàn thường chọn giống biên Với loại chịu kéo thì: 74 FYC  N  K (5-6) Đối với chịu nén thì:  Trong đó: N   K    (5-7)  = 0,4 ÷ 0,7 Để ttính toán thiết kế đơn giản ta chọn giằng, trụ có tiết diện sau Khi tính tốn độ bền cần kiểm tra bền cho chịu nén, chịu kéo thường thỏa mãn bền Các mối hàn thường chọn kích thước k = (0,4 ÷ 0,6).S 2.3 Tính tốn nút dàn 2.3.1 Tính nút đế Nút đế nút vừa làm nhiệm vụ liên kết phần tử dàn vừa làm nhiệm vụ liên kết dàn với kết cấu khác Nút đế gồm chi tiết sau: Tấm đế, kích thước đế đủ để liên kết với kết cấu khác, mặt đế có khoan lỗ để lắp ghép bulơng với kết cấu khác, lỗ hình trịn hình elíp tùy theo u cầu Ngồi cịn có vách dọc, cvách ngang để liên kết trụ, biên, giằng Kết cấu nút hình vẽ: Hình 5-15: Kết cấu nút đế - Tính kích thước đế: Kích thước đế phảI đủ lớn để ghép với kết cấu mà dàn liên kết, thơng thường kích thước đế lấy kích thước mặt cắt ngang trụ liên kết - Tính kích thước vách dọc: Tấm vách dọc có chiều dài chiều dài đế, chiều cao vách dọc xác định tùy thuộc vào chiều dài đường hàn trụ, giằng, chiều dài mối hàn xác định theo công thức sau: L N 0,7.K  h (5-8) 75 - Tấm vách ngang: Tấm vách ngang bao gồm hai đặt vng góc với vách dọc hình vẽ Chiều rộng vách ngang chiều cao đế 2.3.2 Tính nút đỉnh Nút đỉnh nút dàn, có dàn nhà cơng nghiệp dàn kèo nhà dân dụng, nút làm nhiệm vụ liên kết biên trên, chống số trường hợp có liên quan với giằng Nút đỉnh thường có hình ngũ giác có cạnh dài cạnh ngắn, hai cạnh dài để liên kết biên, chiều dài cạnh phụ thuộc chiều dài đươcngf hàn tính tốn tthanh biên với nút đỉnh góc đỉnh của dàn Chiều dài đỉnh Chiều dài đường hàn tính tốn cơng thức (7- 8) - Tính nút trung gian: Nút trung gian thường nút liên kết trụ, giằng biên Nút trung gian thường có hai lích thước chiều dài chiều rộng, kích thước phụ thuộc vào chiều dài đường hàn liên kết trụ, giằng, chiều dài đường hàn tính theo cơng thức (5-8) 2.4 Nối biên Trong q trình gia cơng, u cầu thiết kế nhiều chiều dài vật liệu chế tạo biên không đủ lớn cần phải nối biên kông đủ lớn cần phải nối biên Các biên nối giáp mối, nối thẳng giáp mối xiên, trường hợp chịu lực lớn sử dụng đệm phía phía ngồi Việc tính tốn kiểm tra mối hàn thực giống phần trước Hình 5-16: Các mối nối biên Ứng suất biến dạng hàn kết cấu dàn Dùng phương pháp phân tích lực dầm xác định phương pháp tách nút phân ly dàn, thay lực với điều kiện phần cắt cân bằng, ứng suất kéo coi dương Giả sử sau giải phương trình tĩnh để tìm lực chưa biết mà có đầu dầm, điều chứng tỏ dấu ứng suất ban đầu chọn sai Việc xác định ứng suất phương pháp tách nút thuận tiện trường hợp sau: 76 1) Ở nút có hai hình 5-17 ứng suất tìm từ phương trình ∑X = 0, ∑Y = y x Hình 5- 17: 2) Ở nút có ba mà hai số có chiều khác Ứng suất ba xác định cách chiếu tất lực lên phương y vng góc với hình vẽ x y Hình 5-18: 3) Ở nút có số tất lực thứ ba trở tìm cách khác Nếu nút có hai khơng có ngoại lực ứng suất hai Chiếu tất lực lên trục thẳng đứng ∑y = N1= từ ∑x = ta có N2 = y x N2 N1 77 Hình 5-19: Nếu nút có mà nằm dọc nối tiếp khơng có ngoại lực ứng suất thứ ba khơng Chiếu lực lên phương y vng góc với ∑y =0 Ta thấy rõ ứng suất dọc 3, N3 = (hình 5-18) Khi xác định ứng suất dàn phương pháp cắt cần phải lập phương trình cân dạng: ∑M1 = 0, ∑M2=0, ∑Mg = mà 1, 2, g điểm lấy mơmen (hình 5-20 a) Điểm lấy mơmen điểm giao haitrong bị cắt dàn Điểm giao điểm 1’, 2’ 1’, 2 ’ 3’ ’ 2 a 0’ 1’ 2’ 3’ 4’ b P 1= 0’ A II 1’ P III 2’ P P P 3’ II P III h P d α B c Hình 5-20: Điểm giao điểm 1’, 1,2 điểm g giao điểm 1’2’ 1,2 78 Nếu bị cắt song song với 01 0’1’ hình 5-20 b giao điểm vơ cùng, hệ phương trình tĩnh viết sau: ∑M0 = 0; ∑M1 = ; ∑y = Mỗi phương trình chứa phần chưa biết, ứng suất chưa biết cịn lại tương ứng tạo thành mơmen điểm lấy mômen Ta xác định ứng suất dàn có hai biên song song (hình c) Vì đối xứng dàn lcác tải trọng nên phản lực điểm tựa nhau, A = B = 3,5P Cắt thứ dàn (mặt cắt III ) Ta viết điều kiện cân phần bên trái dàn với lực A , lực B ứng suất 2’ 3’; 3’; 3’ theo ∑M3 = 3,5P.3d - P3d – P2d – Pd – 23 h = rút ra: 23 = M 3' P  4,5 d mà M3, mơmen lực phía bên trái mặt cắt, lấy đối h h với điểm 3’ coi dàn hệ dầm liên tục từ điều kiện ∑M2 = 3,5P 2d – P2d – Pd + 2’3’h = 2’3’ =  M2 P  4 d h h Theo điều kiện ∑y = 3,5P – P – P –P +23’ sin   23’ = Q III P  0,5 Sin Sin mà QIII tỏng lực phần bên trái mặt cắt chiếu lên phương đứng coi dàn hệ dầm liên tục Ta làm cắt khung thứ thứ ta tìm ứng suất biên giằng Ứng suất trụ đứng xác định cách tách nút ∑y = -0h – P = 00’ = - P Tách nút nút náy khơng có lực, nên theo điều kiện ∑y = suy 1’1 = Tách nút 2’ ∑y = -22’ – P = 0’0 = -P Ta thấy phân bố ứng suất biên dàn khơng có biên song song giống phân bố mômen uốn kết cấu dầm liên tục Biên chịu kéo biên chịu nén có tải thí dụ Ứng suất biên tăng dần từ gối tựa đến khing 79 Sự phân bố ứng suất giằng giằng hông có biên song song giống phân bố lực ngang kết cấu dầm liên tục ứng suất giảm dần từ gối tựa đến khing Ứng dụng tính vật liệu gia cơng dàn Kết cấu chịu tải trọng hình 5-17 Hãy tính tốn thiết kế dàn làm việc bảo đảm an toàn Cho trước số liệu sau: d = 2,5m; l = 10m; vật liệu có [] = 28KN/cm P3=40K N P2=30KN P2=30K N P1=20K N P1=20K N Hình 5-17 Hướng dẫn tính tốn: a- Các giá trị ban đầu: - Tính phản lực gói đỡ: Do dàn chịu tải trọng đối xứng ta có: V A  VB  140  70 KN Vì dàn làm việc đối xứng tính tốn ta càn tính cho nửa dàn sau lấy đói xứng tương ứng phần tử dàn - Tính ứng suất []h Theo lý thuyết bền ta có cơng thức tính ứng suất cho phép sau: []h = 0,5[]K = 0,5.28 = 14KN/cm2 - Tính chiều cao dàn Để xác định chiều cao dàn ta chọn tỷ lệ h   h  1m l 10 - Xác định góc  góc hợp biên biên Góc xác định sau: tg  h   0.2    11,30 2d 2.2,5 b- Tính ứng lực dàn 80 Do dàn đối xứng ta dùng mặt cắt 1-1 2-2 để xác định ứng lực dàn, mặt cắt thể hiình vẽ Q trình tính tốn thực sau: - Lập điều kiện cân mặt cắt 1-1 S1 P2 P1 S2 VB S3 Hình 5-18: Ứng lực dầm Ta có phương trình cân sau: M1 = d.P2 + 2dP1+ hcos.S + hS - 2dVB = (1) MY = d.P2+ 2dP1 - 2dVB - hcos.S1 = (2) MA = d.P2+ 2dsin.S1 = (3) Giải phương trình (2) ta có S1  dP2  2dP1  2dVA 2,5.30  2.2,5.20  2.2,5.70   178,5KN h cos  cos11,30 Giải phương trình (3) ta có S3  2,5.30 d P2   75,6 KN 2d sin  2.2,5 sin 11,30 Thay S3 vào phương trình (1) ta có: S2  dVB  dP2  dP1  h cos  2.2,5.70  2,5.30  5.30  1.0,92.75,6  250 KN  h Lập điều kiện cân mặt cắt 2-2 ta có phương trình cân sau: S4 P1 S3 VA Hình 5-19 81 M2= VA.d - P1d - S5.(1/2).h = M2= VAd + S 4(h/2)cos - P1d = Giải phương trình (4) ta có: S5  70.2,5  20.2,5  250 KN h Giải phương trình (5) ta có: S4  20.2,5  70.2,5  225KN 1.0,92 - Để xác định nội lực chống dàn ta dùng phương pháp tách nút, nút tách nút đỉnh, nút trung gian, sau tách nút ta thành lập phương trình cân bằng: +) Tách nút đỉnh: P3 S1 S1 S6 Hình 5-20 Lập phương trình cân Y = -P3 - 2S1sin - S = Giải phương trình (6) ta có: S6= -40 - 2.(-178,5).0,16 =30KN Tách nút trung gian, (hình 5-21) P2 S1 S4 S3 S7 Hình 5-21 Y = - P2 - S7 - Ssin - S3sin + Ssin = 82 Giải phương trình (7) ta có: S = S 1sin  - P2 - S4sin - S3sin  S7 = -178,5.0,16 – 30 + 255 + 75,6.0,16 = 6KN c- Tính tốn nặt cắt ngang cho phần tử dàn Diện tích mặt cắt ngang phần tử dàn xác định sau: - Tính mặt cắt ngang biên chịu kéo FYC  - Tính biên chịu nén: FYC  - N 250   8,93cm  K 28 N  K   250  16cm 28.0,5 Tính giằng, trụ Các giằng, trụ chọn kích thước nhau, để thuận lợi cho q trình gia cơng Việc tính tốn thực theo cơng thức sau: FYC  S max 75,6   5,4cm  K  28.0,5 Ở tính tốn ta chọn giằng chống có ứng lực lớn để tính tiết diện ngang cho tất d- Xác định số hiệu mặt cắt ngang phần tử Các phần tử chế tạo dàn kèo nhà hầu hết dùng loại thép góc L, ta tra bảng sổ tay vật liệu khí giáo trình sức bền vật liệu để xác định số hiệu loại thép L - Đối với biên chịu nén ta dùng L 100.100.10 - Đối với biên chịu nén ta dùng L 70.70.7 - Đối với giằng trụ ta dùng L 63.63.6 e- Tính độ bền mối hàn - Chiều dàu mối hàn thah giằng xác định theo công thức L N 75,6   19,4cm 0,7.K  h 0,7.0,4.14 Ta chọn chiều dài L = 20cm Do giằng trụ bố trí mối hàn chiều dài xác định sau: L1  0,7.L  0,7.20  14cm L2  20  14  6cm 83 Do thép góc chịu tác dụng lực kéo nén phân bố khơng phía, phía gần góc vng, tức phía gần tâm hơn, lực tác dụng lớn tính N1 = 0,7N - Chiều dài mối hàn nối đỉnh với biên xác tính sau: L N 178,5   30cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 - Chiều dài mối hàn nói với biên xác định sau: L 2.S cos q   17,84cm 2.0,7.K  h 0,7.0,6.14 (q lực tổng hợp chiếu trục X, lực gây kéo biên dưới) - Chiều dài mối hàn biên nút đế Chiều dài mối hàn biên nút đến tính theo cơng thức: L S4 225   37,5cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 - Chiều dài mối hàn biên nút đế L S5 250   41,7cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 Nhưng hàn hai phía chiều dài đường hàn số: L1 = 0,7L = 0,7.41,7 = 29,2cm L2 = 41,7 - 29,2 = 12,5cm An toàn lao động - vệ sinh môi trường 84 ... Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn Bài 2: TÍNH TỐN ĐỘ BỀN MỐI HÀN Tính độ bền kéo, nén mối hàn giáp mối Tính độ bền kéo, nén mối hàn góc 10 2.1 Tính mối hàn. .. cấu dầm cần hàn mối hàn nối đế, vách sau bắt đầu hàn mối hàn góc liên kết đế vách 26 Khi hàn kết cấu thùng chứa bể chứa hình trụ cần hàn đường hàn dọc vịng, sau hàn vòng lại với Khi hàn nhiều lớp... thép bon thấp có    24 KN cm Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu thép góc 23 3.1 Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ L (hình 4- 4) Hình 4-4 Khi hàn kết cấu chữ L thường phát sinh ứng suất