Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Liên kết kết cấu thép - ThS. Cao Tấn Ngọc Thân (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Liên kết kết cấu thép - ThS. Cao Tấn Ngọc Thân (Phần 2)

1. LIÊN KẾT BULƠNG I. Các loại BL trong KCT II. Sự làm việc của liên kết BL và khả năng chịu lực của BL III. Cấu tạo của liên kết BL IV. Tính tốn liên kết BL
2. I. CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KCT 1. Cấu tạo chung của bu lơng 2. Bu lơng thơ và bu lơng thường 3. Bu lơng tinh 4. Bu lơng cường độ cao
3. 1. Cấu tạo chung của bu lông - Thân bu lơng Phân loại bu lơng: - Mũ + Bu lơng thơ - Êcu (đai ốc) + Bu lơng thường + Bu lơng tinh - Long đen (đệm) + Bu lơng cường độ cao + Bu lơng neo
4. 1. Cấu tạo chung của bu lông - Phân loại theo độ bền từ 4.6 – 10.9: 2 + Số đầu x 10 fu (daN/mm ) 2 + Số đầu x số sau fy (daN/mm ) + Cơng trình thường nên dùng lớp độ bền 4.6, 4.8, 5.6 Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2) Trạng Cấp độ bền Ký thái làm hiệu việc 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400 Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500
5. 2. Bulông thô và bu lông thường - Dlỗ = d + (2 – 3 mm) - Rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ - Khi làm việc sẽ biến dạng nhiều khơng dùng trong các cơng 2 trình quan trọng cĩ fy > 3800 daN/cm - Dùng làm việc chịu kéo, để định vị các cấu kiện khi lắp ghép
6. 3. Bu lông tinh - Dlỗ = d + 0.3 mm, tạo lỗ bằng khoan - Khe hở giữa bulơng và lỗ nhỏ liên kết chặt, làm việc chịu cắt - Do tính phức tạp khi sản xuất và lắp đặt vào lỗ ít dùng - Bu lơng tinh cĩ các lớp độ bền tương tự bu lơng thơ và thường
7. 4. Bu lông cường độ cao - Được làm từ thép hợp kim - Cường độ cao cĩ thể vặn êcu rất chặt Lực ma sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng - Dễ chế tạo, khả năng chịu lực lớn - Dùng rộng rãi, thay thế cho liên kết đinh tán trong các kết cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động
8. II. SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULƠNG & KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BULƠNG 1. Sự làm việc của liên kết bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh 2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulơng cường độ cao 3. Sự làm việc của bulơng khi chịu kéo
9. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh Các giai đoạn chịu lực: - Lực trượt lực ma sát : các bản thép trượt tương đối với nhau - Lực trượt truyền qua liên kết = sự ép của thân bulơng lên thành lỗ Thân bulơng chịu cắt, uốn và kéo
10. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh - Lực trượt tăng Liên kết làm việc trong giai đoạn dẻo Phá hoại do cắt ngang thân đinh Phá hoại do lực ép mặt trên thành lỗ Phá hoại do cắt và do ép mặt
11. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh a. Khả năng làm việc chịu cắt của bulơng: [N]vb = fvb b A nv - fvb : cường độ tính tốn chịu cắt của vật liệu bu lơng - b : hệ số điều kiện làm việc liên kết bulơng - A : diện tích tiết diện ngang thân bulơng – phần khơng bị ren - nv : số lượng mặt cắt tính tốn của bulơng
12. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2) Trạng Cấp độ bền Ký thái làm hiệu việc 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400 Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500 2 Diện tích tiết diện của bulơng A, Abn (cm ) d 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48 Bước 2 2,5 2,5 2,5 3 3 3,5 4 4,5 5 ren A 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,72 7,06 10,17 13,85 18,09 Abn 1,57 1,92 2,45 3,03 3,52 4,59 5,60 8,16 11,20 14,72
13. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh b. Khả năng làm việc chịu ép mặt của bulơng: [N]cb = d (t)min fcb b - (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía - fcb : cường độ ép mặt tính tốn của bulơng - d : đường kính thân bu lơng
14. 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh Cường độ tính tốn chịu ép mặt fcb Giới hạn bền kéo đứt của (N/mm2) của BL thép cấu kiện được liên kết BL tinh BL thơ và thường 340 435 395 380 515 465 400 560 505 420 600 540 440 650 585 450 675 605 480 745 670 500 795 710 520 850 760 540 905 805
15. 2. Sự làm việc của lk bulơng cường độ cao Khả năng chịu trượt của 1 bulơng: [N]cb = fhb Abn b1 (b2)min nf • fhb : cường độ chịu kéo tính tốn vật liệu bu lơng, fhb=0,7fub • Abn : diện tích thực thân bu lơng • b1 : hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lơng •  : hệ số ma sát • b2 : hệ số độ tin cậy • nf : số lượng mặt phẳng tính tốn
16. 3. Sự làm việc của lk bulơng khi chịu kéo - Bulơng chịu kéo khi ngoại lực tác dụng cĩ phương // bulơng: [N]tb = Abn ftb - Abn : diện tích thực của tiết diện thân bu lơng - ftb : cường độ tính tốn của vật liệu bu lơng khi chịu kéo
17. III. CẤU TẠO LIÊN KẾT BULƠNG 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng 2. Bố trí bulơng
18. 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng + Liên kết đối đầu cĩ bản ghép + Liên kết ghép chồng
19. 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với Thép Tấm: + Liên kết đối đầu cĩ 2 bản ghép hay 1 bản ghép Đối xứng LỆCH truyền lực Tốt TÂM số BL + Liên kết ghép chồng cần tăng 10% Số bulơng phía bản đệm tăng 10%
20. 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với Thép Hình – LK đối đầu: + Nối bằng các Bản Ghép Thép hình cứng, độ lệch tâm ít ảnh hưởng KHƠNG + Nối bằng Thép Gĩc CẦN TĂNG SỐ BULƠNG
21. 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với thép hình - Liên kết CHỒNG + Đối xứng: làm việc tốt hơn + Khơng đối xứng: cấu kiện mềm tăng 10% số lượng BL
22. 2. Bố trí bulơng Quy ước: Bố trí song song Bố trí so le + Đường Đinh: các BL trên 1 đường thẳng + DÃY ĐINH: song song lực + HÀNG ĐINH: Hàng đinh vuơng gĩc lực + BƯỚC ĐINH: khoảng cách 2 BL trên đường đinh
23. 2. Bố trí bulơng - Khoảng cách min nhằm: + Đảm bảo độ bền của bản thép + Đảm bảo khơng gian tối thiểu để vặn êcu Đối với các liên kết chịu lực, nên bố trí theo kcách MIN để gọn, tiết kiệm
24. 2. Bố trí bulơng - Khoảng cách max: + Đảm bảo độ ổn định của bản thép (đối với cấu kiện chịu nén) + Đảm bảo độ chặt của liên kết, tránh khơng cho nước, hơi, bụi bẩn lọt vào trong liên kết gây ăn mịn thép.
25. 2. Bố trí bulơng - Đối với thép Hình, vị trí các dãy bulơng (a, a1, a2, n) được quy định sẵn theo kích thước tương ứng của từng loại thép hình
26. IV. TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục 2. Tính tốn liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt 3. Ký hiệu bulơng, đinh tán trên bản vẽ
27. 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục Chọn đường kính BL và kích thước các bản ghép: - Trong cùng 1 cấu kiện, chỉ nên dùng 1 loại đường kính bulơng - Chọn bulơng theo cơng trình: + Thơng thường: d = 20 – 24mm + Nặng: d = 24 – 30 mm - Chọn bản ghép sao cho: Abg A
28. 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục Tính tốn số lượng bulơng: a) Đối với bulơng thơ, thường và tinh (chịu CẮT và ÉP MẶT) : + Số lượng bulơng cần thiết được tính theo: N n N   minb c trong đĩ: [N]minb = min ([N]vb, [N]cb) - [N]vb : cường độ chịu cắt của bu lơng - [N]cb : cường độ chịu ép mặt của bu lơng
29. 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục + Kiểm tra cấu kiện cơ bản bị giảm yếu do lỗ bulơng: N f bl  c An trong đĩ : An - diện tích tiết diện thực của bản thép bl - hệ số điều kiện làm việc, cho phép kể sự làm việc dẻo của liên kết * Đối với dầm đặc, cột và các bản nối : bl = 1,1 * Đối với kết cấu thanh của mái và sàn: bl = 1,05
30. 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục + Tính tốn diện tích thực giảm yếu do lỗ bulơng: An = A – A1 1,5 1,2,3,4,5 2 trong đĩ : A1 = Max (A 1, A 1 – n s t/4u)
31. 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục b) Đối với bulơng chịu kéo + Số lượng bulơng cần thiết được tính theo: N n N   tb c [N]tb : khả năng chịu kéo bu lơng + Kiểm tra bền bản thép bị giảm yếu do lỗ bulơng
32. 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt H À N G DÃY - Giả thiết gần đúng: MNLNLNLNL i i 1 1 2 2 i i  trong đĩ: Ni – lực tác dụng lên dãy đinh thứ i Li – cánh tay địn của các cặp ngẫu lực Ni
33. 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt - Các lực Ni cĩ thể được tính qua N1 : NLi i Ni L1 N1 2 2 2 MLLL 1 2 i L1 - Từ đĩ xác định được lực lớn nhất N1: MLmax NN1 max 2  Li
34. 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt - Lực lớn nhất tác dụng lên 1 bulơng do M gây ra: MLmax NblM 2 m Li
35. 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt - Điều kiện bền: ML NN max  blM2  minb c m L1 [N]minb = min ([N]vb, [N]cb) [N]minb = [N]b : BL cường độ cao [N]vb = fvb b A nv [N]cb = d (t)min fcb b [N]b = fhb Abn b1 (b2)min nf
36. 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt - Liên kết bulơng chịu Q: Q N blQ n trong đĩ: n – số lượng bulơng trên một nửa liên kết - Kiểm tra bền liên kết bulơng chịu đồng thời cả M và Q: NNNN 2 2  bl blM blQ minb c
37. Khả năng chịu lực của 1 bulơng Trạng thái chịu lực Bulơng Cắt [N]vb = fvb b A nv Ép mặt [N]cb = d (t)min fcb b Kéo [N]tb = Abn ftb - fvb : cường độ tính tốn chịu cắt của vật liệu BL - b : hệ số điều kiện làm việc liên kết BL - A : diện tích tiết diện ngang thân BL – phần khơng bị ren - nv : số lượng mặt cắt tính tốn của BL - (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía - fcb : cường độ ép mặt tính tốn của BL - d : đường kính thân bu lơng - Abn : diện tích thực của tiết diện thân BL - ftb : cường độ tính tốn của vật liệu BL khi chịu kéo
38. n – số BL ở 1 phía LK Nbl ≤ [N]blc N N N N n MLmax M NM max 2 m Li Kéo (hoặc nén) lệch tâm (M và N) Q Q N Q n NNN NM max Uốn và cắt (M và Q) Kéo (hoặc nén), uốn và cắt (N, M, Q) 2 2 2 2 NNN QM max NNNN QMN max
39. Ví dụ: Thiết kế đầu nối 2 mép bản thép cĩ tiết diện 260x14mm, chịu lực kéo N=500kN, dùng BL thơ nhĩm 4.6, thép CCT34 2 Chọn BL thơ, đường kính d = 20mm, cĩ Abl = 3,14cm ; 2 2 fvb=1500daN/cm ; fu = 3400daN/cm Chọn hai bản ghép, mỗi bản dày bg 8mm Diện tích hai bản ghép: 2 2Abg 2.26.0,8 41,6 cm Diện tích tiết diện thép cơ bản: 2 A 26.1,4 36,4 cm 2 2 2Abg 41,6 cm A 36,4 cm bản ghép đủ bền Khả năng chịu cắt của BL: N f. . A . n 1500.0,9.3,14.2 8478 daN  vb vb b b v
40. Xác định khả năng chịu ép mặt của BL: N d(  ) . f .  2.1,4.3950.0,9 9954 daN  cb min cb b N N 8478 daN  minb  vb N 50000 n 5,9 N  8478.1  minb c Lấy n=6 bulong Kiểm tra bền bản thép giảm yếu: N 50000 f  1840,9 daN 2100.1,1 2310 daN b c An 26 3.2,2 .1,4 Bản thép đủ bền
41. LIÊN KẾT ĐINH TÁN - Đinh tán : 1 đoạn thép trịn, 1 đầu được tạo mũ sẵn, đầu kia được tán thành mũ khi đã lắp đinh vào liên kết