I. Đường hàn góc thắng
N,ô= ơFló
4.2.5. Cường đỏ tính toán cúa môi nôi hàn
H ình 4.7: Kích thước giới hạn đểlìàn a )T ố t nhất đê hàn tay;
b) Kích thước giới hạn klii hàn tay; c) Khi hàn tự động bằng máy hàn TC-17M.
Cũng cần dự tính bố trí m ối hàn n hư th ế nào để giảm tối đa sự cần thiết phải đ ảo lật kết cấu khi c h ế tạo nó.
Đ ể giảm ứng suất và biến d ạng hàn cần hướng tới giảm khối lượng hàn tro n g kết cấu. N hững đường hàn cần có chiều dày nhỏ nhất và được thực hiện ng h iêm n g ặ t theo thiết kế. Chiều dày của mối hàn đối đầu buộc phải theo chiều dày c ủ a các bộ p h ậ n nối và lấy bằng chiều dày nhỏ nhất của ch ú n g (khi chiều dày của các chi tiết nối khác nhau).
Với mối hàn đối đầu dày, để đảm bảo chất lượng mối hàn thích hợp cần phải tiến hành gia công m ép các chi tiết nối (xem bảng 4.3).
Chiều dày nhỏ nhất của đường hàn góc là 4 m m , tiếp theo là các c ấ p 5, 6, 7, 8, lOmm và tiếp tực với bước của cấp là 2m m . Đ ường hàn góc có chiều dày lớn hơn 2 0 m m có ứng suất bên trong lớn và không nên áp d ụn g chúng.
Chiều cao nhỏ nhất của đường hàn góc được xác định bằng tính toán, ngoài ra nó phụ thuộc vào loại thép, chiều dày của các chi tiết hàn, d ạng hàn và điều kiện c h ịu lực của kết cấu (bảng 4.4).
Chiều dày lớn nhất của đường hàn góc phụ thuộc vào chiều dày của các chi tiết nối có thể lấy h h = 1,2Ỗ (5 chiều dày nhỏ nhất cùa các chi tiết nối). M ép của thép hình cán có m ột m ặt lượn tròn, vì th ế chiều cao lớn nhất củađường hàn góc dọc theo m ép của nó được lấy nhỏ hơn m ột chút so với chiều dày của cánh thép hình (bảng 4.5).
C hiều dày lớn nhất c ủ a đường hàn góc dọc theo sống của thép góc có thể đạt 1,2 ô(ô là chiều dày cánh thép góc).
Khi hàn tay m ộ t lớp có thể thực hiện đường hàn dày đến 8m m . Đ ường hàn dày hơn phải thực hiện hàn nhiều lớp và khối lượng lao động lớn hơn, vì th ế cần hướng tới đường hàn m ộ t lớp. N h ữ ng đường hàn có chiều dày khác nhau phải hàn bằng dòng điện có cường độ khác nhau, được điều chỉnh bởi thợ hàn. Vì thế trong m ộ t kết cấu không nên có lớn hơn 2-3 chiều dày khác nhau của đường hàn. Ở tiết diện n g a n g của đường hàn góc cần có tỉ số các cạnh là 1:1. Đc giảm sự tập trung ứng suất trong những kết cấu tiếp nhận tải trọng x un g kích và tải trọng chấn động cũng như trong những kết cấu bất kì bằng thép cường độ cao loại C60/45 - C85-75 ở đường hàn góc thì tỉ số các cạnh lấy bằng 1: 1,5 khi đó cạnh lớn phải hướng dọc lực tiếp nhận bởi m ối nối.
C hiều dài tính toán nhỏ nhất /h của đường hàn góc cần phải k h ô ng nhỏ hơn 4 h h và không n h ỏ hơn 4 0 m m do hàn không thấu ở lúc bắt đầu và lúc k ế t thúc hàn.
C hiểu dài tính toán lớn nhất của đường hàn góc cạnh phải k h ô ng lớn hơn 60 h h, bởi vì thực tế ứng su ất tron g đường hàn theo chiều dài được phân b ố k h ông đều (hình 4.8, a) và với đường hàn rất dài thì ở điểm cuối của nó có thể là ứng suất vượt tải, còn ở phần giữa chịu lực k h ô n g đ ầy dủ. Điều hạn chế đó không được phổ biến ở những đường hàn cạnh. Ở chúng, ứng lực được truyền theo toàn bộ chiều dài đường hàn, ví dụ ở đường hàn thanh m ạ c ủ a d ầ m hàn.
C hiều dài thiết k ế c ủ a đường hàn, nghĩa là chiều dài được chỉ rõ trong bản vẽ được lây lớn hơn chiều dài tính toán khoảng lOmm (xác định theo tính toán) bởi vì chỗ bắt đầu và ch ỗ kết thúc đường hàn có thể hàn không thấu và tạo thành m iệng hàn, vì thế đoạn 5 m m ở hai đầu đường hàn không cần xét đến trong tính toán (hình 4.8, a)
5mm K 5mm max v0hu' 1 I 1 . L Ì I H íIÍ -—J1 <4mm >4mm b) <55.
H ình 4.8: Những yêu cầu cấu tạo đối với môi nôi hàn
a) Chiều dài giới hạn của đường hàn cạnh; b) Chiều dài ghép chồng;
c) Độ xiên vát mép
ơN
Bảng 4.4. Chiểu dày tỏi thiểu của đường hàn góc hh, mm
Nhóm kết cấu* và những bộ phận riêng
Phương pháp
hàn Mối nối Loại thép
hh ứng với chiều dày lớn hơn cùa cấu kiện hàn, mm
6-10 11-16 17-22 23-32 33-40 41-60 61-80
I, II, III, IV và VI tay đường hàn
hai phía C38/23 - C46/33 4 6 6 8 10 10 12 C52/40 - C60/45 6 8 8 10 12 12 - I, II,và liên kết bản nút vào mạ của dàn tự động và bán tự động đường hàn hai phía C38/23 - C46/33 4 6 6 8 10 10 12 C52/40 - C60/45 6 8 8 10 12 12 - III, IV, VI tự động và bán tự động đường hàn hai phía C38/23 - C46/33 5 6 7 8 9 10 - C52/40 6 8 8 10 12 12 - C60/45 6 8 8 10 12 12 -
Tăng cường sườn cứng
và bản ngăn ở kết cấu nhóm III, IV và VI tự động và bán tự động đường hàn một phía C38/23-C46/33 4 6 6 8 10 10 12
Chú thích: * I - Kết cấu hàn làm việc trong điều kiện đặc biệt nặng và chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xung kích và tải trọng chấn động; II. Kết cấu hàn chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xung kích và tải trọng chấn động; III. Kết cấu hàn của trần ngăn và mái; IV. Kết cấu hàn không chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xung kích hay tải trọng chấn động; IV. Kết cấu phụ của nhà và cô n g trình.
Bảng 4.5. Chiều dày lớn nhất của đường hàn góc dọc mép có lượn tròn
V ị trí cùa đường hàn Chiều dày cùa đường hàn, mm
4 6 8 10 12
Ở sống thép g ó c khi chiều dày
bản cánh, mm 6 8 10 12 14
Ở cánh thép I < N° 14 N° 1 6 - 2 7 N°30 - 4 0 N°45 N °50-60
Trong những mối hàn đối đầu chỗ bắt đầu và kết thúc mối hàn nên đặt tấm đệm được làm sạch; trong trường hợp như vậy thì trong tính toán có thể tính toàn bộ chiều dài đường hàn.
Nếu trong kết cấu có áp dụng đường hàn gián đoạn thì để đảm bảo chắc chắn sự cùng làm việc của các chi tiết nối thì khoảng cách tĩnh giữa các đoạn hàn cần phải không lớn hơn 15Ô ớ những bộ phận chịu nén và không lớn hơn 30Ỗ ở những bộ phận chịu kéo và bộ phận không chịu lực (ô là chiều dày nhỏ nhất của bộ phận nối).
Phần ghép ở mối nối chồng cần phải không nhỏ hơn 5 lần chiều dày của bộ phận m ỏ n g nhất trong các bộ phận nối (hình 4.8, b).
Với mối nối đối đầu của các tấm có chiều dày khác nhau, nếu sự chênh lệch cảu các chiều dày không vượt quá 4 m m và độ lồi lên, không vượt quá 1/8 chiều dày của tấm m ỏ n g hơn, thì mối nối có thể thực hiện không vát mép (hình 4.8, c) đối với thép cấp < C 52/40 (đối với thép có cường độ lớn hơn thì tương ứng là 2 m m và 1/12). Trong trường hợp ngược lại, đê ứng lực chuyển tiếp (đi qua) mối nối đều đặn thì cần vát m ép m ột phía hay hai phía với độ xiên không quá 1/5. Nếu nối các tấm có chiểu rộng khác nhau, thì ở tấm rộng hơn vát m ép hẹp hơn với độ xiên không quá 1/5.
N hững ví dụ tính toán m ôi nôi hàn
V í d ụ 4.1. Bản thép chịu kéo được nối bằng tấm ốp hai bên, liên kết bằng đường hàn góc cạnh (hình 4.9); hàn tay. ú n g lực ở bản thép N = 370kN, tiết diện của bản thép 1 5 0 x l2 m m , thép loại C38/23. Xác định tiết diện cần thiết của tấm ốp cũng như chiều dày và chiều dài của đường hàn. Tấm ốp được dùng cũng bằng thép C 38/23, cường độ tính toán của thép R = 21 kN /cm 2.
Đ ế có thế hàn, tấm ốp cần phải hẹp hon bán thép (10 - 2 0 m m ở mỗi bên), do đó bề rộng của tấm ốp là 150 - 2.1
Diện tích yêu cầu của hai tấm ốp:
p _ N _ 3 7 0 2 Fvc = — = --- = 17,6cm yc R 21 a ỉ ỉ I I I i ầ ẵ I I u ư? C SỊ Hình 4.9 5 = 120mm.
Chiều dày cần thiết của một tấm ốp:
8,6 =
17,6
2.12 0,73cm
Lấy chiều dày tấm ốp bằng 8mm và chiều dày của đường hàn góc h h = 8mm. Lúc đó chiều dài tổng cộng cần thiết của đường hàn để liên kết tấm ốp (ở mỗi phía mối nối) được xác định theo công thức 4.8:
N 370
/h =
Ph.R^ 0,7.0,8.15 44cm
rỊ) = 15 k N /c m 2 - Chiều dài tính toán của m ôt đường hàn ở m ột tấm ố p là
c
44 _ _
—— = 1 lc m . Chiều dài thiết k ế 11 + 1 = 12cm. C hiều dài cần thiết của 4
tấm ố p sẽ là 240m m .
V í d ụ 4.2. K iểm tra ựng suất ở m ối hàn, liên kết cô n g x o n thép tiết diện ch ữ I với cột (hình 4.10, a). T hép loại C38.23, hàn tay.
trong đó:
b)
290130 130
240
Ở côngxon được đặt lực tập trung tính toán Q = 800 kN. Bởi vì lực đặt có độ lệch tâm e = 400m m , nên ở chỏ liftn kết côngxon với cột phát sinh momen uốn M = Q.e = 800 X 0,4 = 320 kN.m. Trên hình 4.10,b chỉ rõ diện tích chịu lực (theo bề mặt cắt) của mối hàn liên kết côngxon với cột. Ở chỗ liên kết congxon với cột sẽ có m om en uốn M và lực cắt Q. Do uốn, phát sinh ứng suất ở toàn bộ diện tích tính toán của mối hàn, ứng suất phát sinh do cắt bởi lực Q chỉ ở mối hàn thẳng đứng, liên kết bản bụng với cột. Quyết định lấy chiều dày của tất cả các mối hàn hh = 12mm.
Xác định những đặc trưng hình học của m ối hàn chịu lực: - Diện tích của tất cả các mối hàn:
Fh = p h hI / h = 0 ,7 .1 ,2 ( 2 9 + 2.13 + 2.64 + 2 4 ) = 1 73cm 2 - M om en tĩnh của diộn tích m ối hàn đối với trục củ a tấm trên:
s„ = 0,7.1,2 (-29.1,2 + 2.13.1,2 + 2.64.32,6 + 24.66,4) = 4830cm3 ;
- K hoảng cách từ trục tấm trên đến trọng tâm của diện tích mối hàn
_ _ S h i_ 4 8 3 0 _ ’ z„ = — = --- = 27,9cm ; 173 - M om en quán tính c ủ a mối hàn: I h = 0 ,7 .1 ,2 2 . 6 4 - 12 + 2 . 6 4 . 4 , 7 2 + 2 9 . 2 9 , l 2 + 2 . 1 3 . 2 6 , 7 2 + 2 4 . 3 8 , 5 : 104000cm
- M o m en kháng uốn của mối hàn đối với thớ trên và thớ dưới:
t.h_Ih 104000 z, 29,7 _ K 104000 z d 40,1 3 5 0 0 c m 3; 1. 1UHƯUU 1 Wd h = —— = — — — = 2590cm '
Bây giờ tìm ứng suất ở mối hàn:
- Do m o m e n uốn M theo công thức (4.9):
M _ 32000 _ 10 , ^ XT/ m 2 ơ h = —— - = — —— = 12,35kN / c m ; w dh 2590 - Do lực cắt Q, theo công thức (4.10): Q _ 800 h ” (3hh./h " 0 ,7 .1 ,2-C2.64) T = —-S— = ____7 " . = 7 ,4 k N / c m 2
ứng suất lớn nhất ớ mối hàn sẽ ở phía dưới (đáy) cúa côngxon. ứ n g suất ơ h hướng nằm ngang; Th theo phương đứne. ứng suất tưong đương xác định theo công thức (4.11):
ơ hđ = V ơ h + % = V l2 ,3 5 2 + 7 , 4 2 = 1 4 ,4 k N /c m 2 < = 1 5 kN /cm 2 N hư vậy, cường độ của mối nối hàn được đảm bảo.
C h ư ơ n g 5
L I Ê N K Ế T B Ư L Ô N G V À L I Ê N K Ế T Đ I N H T Á N
Ngoài hàn, trong kết cấu thép người ta còn áp dụng liên kiết buỉông và liên kết đinh tán. Liên kết bulô ng được ưu tiên áp dụng khi lắp ráp kết cấu thép bởi vì độ chuẩn xác và sự điều chính vị trí tương quan giữa chúng được kiểm tra tự động b ằng sự trùng khớp lỗ của các bộ phận liên kết; bulông cho khả năng xiết chặt những bộ phận liên kết. Lắp đặt bulông cực kì đơn giản, không đòi hỏi những thiết bị đặc biệt và k h ô ng yêu cầu c ung cấp năng lượng.
Liên kết đinh tán trong kết cấu thép cùng với sự phát triển hàn được áp d ụng trong những trường hợp đặc biệt khi có tải trọng đổi dấu và tải trọng chấn đ ộ n g (dầm cầu trục trong nhà có c h ế độ làm việc nặng, dầm cầu đường sắt và những kết cấu tương tự khác).
Chỉ áp dụng liên kết đinh tán dể lắp ráp trong những trường hợp cá biệt, bởi vì dùng đinh tán trong điều kiện lắp ráp rất bất tiện và tốn công.