Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 2

CHƯƠNG 2

1. ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT
v Liên kết là ghép (nối) các cấu kiện riêng lẻ thành kết cấu thép
v Các loại liên kết dùng trong KCT:
Liên kết đinh tán
Liên kết bu lông
Liên kết hàn


2. LIÊN KẾT HÀN
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN:
a. Hàn tay hồ quang điện:
* Nguyên lý: Dùng nhiệt lượng
của hồ quang, nung nóng mép
2 tấm thép cơ bản đặt cạnh
nhau, khi nguội tạo thành
đường hàn
* Que hàn: gồm lõi thép +
lớp thuốc bọc

2. LIÊN KẾT HÀN
b. Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động:
* Nguyên lý: Tương tự hàn
tay hồ quang điện
* Que hàn trần
* Thuốc hàn
* Chiều sâu rãnh hàn, tốc độ
di chuyển do máy điều khiển.
* Chất lượng đường hàn tốt
* Hồ quang cháy dưới lớp thuốc hàn nên cịn gọi là hàn hồ quang

Chìm, ít ảnh hưởng đến sức khỏe của thợ hàn


2. LIÊN KẾT HÀN

2. LIÊN KẾT HÀN
c. Hàn hơi (C2H2 + O2):
- Hàn những tấm kim loại mỏng
- Cắt thép


2. LIÊN KẾT HÀN
2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN:
a. Đường hàn đối đầu:
- Truyền lực tốt, không bị dồn
ép uốn cong, ứng suất tập
trung nhỏ
- Khi chịu nén:
fwc = f
- Khi chịu kéo: - nếu kiểm tra đường hàn bằng phương pháp vật lý
fwt = f
- nếu kiểm tra bằng phương pháp thông thường:

fwt = 0.85f
- Khi chịu cắt:

fwv = fv

2. LIÊN KẾT HÀN
b. Đường hàn góc:

- Hướng truyền lực thay đổi
phức tạp, ứng suất tập trung
lớn

- Sự phá hoại có thể xảy ra
theo một trong hai tiết diện:
1. Dọc theo kim loại đường
hàn (cường độ tính tốn fwf)
2. Theo biên nóng chảy của
thép cơ bản (cường độ tính
tốn fws = 0.45fu)


2. LIÊN KẾT HÀN

2. LIÊN KẾT HÀN
c. Các loại đường hàn khác:


2. LIÊN KẾT HÀN

2. LIÊN KẾT HÀN
2.3. TÍNH TỐN LIÊN KẾT HÀN:
a. Đường hàn đối đầu:
a1. Khi chịu lực trục:
* Đường hàn đối đầu
thẳng:
sw =

N

N
=
£ g c f wt
Aw tl w

N cos a
* Đường hàn đối đầu xiên: s = N sin a £ g f
£ g c f wv
w
c wt ( wc ) t w =
tl w

tl w


2. LIÊN KẾT HÀN

2. LIÊN KẾT HÀN
a2. Khi chịu M và Q:

2
2
s tđ = s w + 3t w £ 1.15g c f wt

sw =

M
Ww

tw =

Q
Aw


2. LIÊN KẾT HÀN
b. Đường hàn góc:
b1. Khi chịu lực trục:
Tiết diện 1 (theo vật liệu đường hàn)
N

b f h f å lw

£ g c f wf

Tiết diện 2 (biên nóng chảy của
thép cơ bản)
N

b s h f å lw

£ g c f ws

Chọn trước hf tính lw

ål

w

³

N
h f (b f w )min g c

2. LIÊN KẾT HÀN
hf – chiều cao đường hàn
hfmin ≤ hf ≤ hfmax = 1.2tmin
hmin tra bảng phụ thuộc vào tmax
lw chiều dài tính tốn đường hàn
lw = lw,thực tế – 1cm
fwf,fws – cường độ tính toán chịu cắt quy ước của kim loại đường
hàn và biên nóng chảy của thép cơ bản
βf, βs - hệ số chiều sâu nóng chảycủa đường hàn ứng với tiết diện
1 và 2


2. LIÊN KẾT HÀN
b2. Khi chịu M và Q:
Tiết diện 1 (theo vt liu ng hn)

Q

t t

M

ổ M
= ỗ
ỗW
ố wf

2

ử ổ Q
ữ +ỗ
ữ ỗA
ứ ố wf

2

ử
ữ Ê g c f wf
÷
ø

Tiết diện 2 (biên nóng chảy của thép cơ bản)
t t

ổ M
= ỗ
ỗW
ố ws

2

2

ử ổ Q ử
ữ +ỗ
ữ ỗ A ÷ £ g c f ws

÷
ø è ws ø

Q

Khi M = 0: Tiết diện 1→ t 1Q =

Q
£ g c f wf
Awf

Tiết diện 2→ t 1Q = A £ g c f ws
ws

Tiết diện 1→ t 1M =

M
£ g c f wf
W wf

Tiết diện 2→ t 1M = W £ g c f ws
ws

Khi Q = 0:

M

2. LIÊN KẾT HÀN
b3. Liên kết thép góc với thép bản:
Lực tác dụng lên đường hàn sống:

N1 = kN
Lực tác dụng lên đường hàn mép:
N2 = (1-k)N
Chiều dài đường hàn sống:

å lw1 ³

N1
h f (b f w )min g c

Chiều dài đường hàn mép:

ål

w2

³

N2
h f (b f w )min g c


2. LIÊN KẾT HÀN

2. LIÊN KẾT HÀN
b4. Tính liên kết hàn hỗn hợp:
Ứng suất trong đường hàn đối đầu:

sw =

N
A + å A bg

£ g c f wt (c )

Lực tác dụng lên bản nối:

N bg = s w Abg
Chiều dài dường hàn góc:

å lw =

N bg

(b f w )min h f g c


3. LIÊN KẾT BU LÔNG
3.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI BU LƠNG:
a. Cấu tạo:

b. Phân loại bu lơng
Bu lơng thơ và bu lông thường
Bu lông tinh
Bu lông cường độ cao

3. LIÊN KẾT BU LƠNG
b1. Bu lơng thơ và bu lơng thường
- Làm từ thép cacbon bằng phương pháp rèn hoặc dập
- dlỗ = d + (2 ~ 3mm)

- Lỗ được đột hoặc khoan từng bản riêng rẽ, độ chính xác
khơng cao (lỗ loại C)
b2. Bu lông tinh
- Làm từ thép cacbon, thép hợp kim thấp bằng cách tiện
- dlỗ ≤ d + 0.3mm
- Lỗ được khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng
theo khn mẫu đến đường kính thiết kế, độ chính xác
cao (lỗ loại B)


3. LIÊN KẾT BU LƠNG
b3. Bu lơng cường độ cao
- Làm từ thép hợp kim, sau đó gia cơng nhiệt
- Sản xuất tương tự bu lông thường, nhưng làm từ thép
cường độ cao nên có thể vặn êcu rất chặt

3. LIÊN KẾT BU LÔNG
3.2. SỰ LÀM VIỆC CỦA BU LÔNG:
Do vặn êcu, bu lông chịu kéo, các bản thép bị xiết chặt, lực ma
sát được tạo ra giữa các mặt tiếp xúc của các bản thép
Giai đoạn 1: ngoại lực bé hơn lực
ma sát, các bản thép chưa bị trượt,
bu lông chưa tham gia chịu lực
Giai đoạn 2: ngoại lực bắt đầu lớn
hơn lực ma sát, các bản thép trượt
tương đối với nhau, thân bu lơng tì
sát thành lỗ


3. LIÊN KẾT BU LÔNG

Giai đoạn 3: lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu bằng sự ép
của thân bu lông lên thành lỗ, bu lông chịu kéo, cắt và uốn
Giai đoạn 4: lực trượt tăng, liên kết
yếu dần, lực ma sát yếu đi. Liên kết
chuyển sang làm viêc trong giai đoạn
dẻo.
Liên kết có thể bị phá hoại do:
- thân bu lông bị cắt (phá hoại cắt)
- hoặc thép bị bu lông xé rách (phá
hoại ép mặt)

3. LIÊN KẾT BU LÔNG
3.3. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MỘT BU LÔNG:
a. Khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

N

vb

b

Anv f vb

γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lơng
A – diện tích của thân bu lơng phần khơng bị ren
d – đường kính thân bu lơng phần khơng bị ren
nv – số mặt cắt qua thân bu lông
fvb – cường độ tính tốn chịu cắt của bu lơng
A =

pd
4

2


3. LIÊN KẾT BU LÔNG
b. Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông:

[N ]cb

= g b d å t min f cb

γb - hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lơng
d – đường kính thân bu lông phần không bị ren
Σtmin – tổng chiều dày các bản thép cùng trượt về một phía, lấy
phía có tổng chiều dày bé nhất
fcb – cường độ tính tốn chịu ép mặt của bu lơng

3. LIÊN KẾT BU LƠNG
c. Khả năng chịu kéo của 1 bu lông:

[N ]tb

= Abn f tb

Abn – diện tích của thân bu lơng phần bị ren
do – đường kính thân bu lơng phần khơng bị ren
ftb – cường độ tính tốn chịu kéo của bu lông
Abn =

pd o2
4


3. LIÊN KẾT BU LÔNG
d. Khả năng chịu trượt của 1 bu lơng cường độ cao:

[N ]vb =

ỉ m ư
f hb Abng b1 ỗ
ỗ g ữn f
ữ
ố b2 ứ

fhb cường độ tính tốn chịu kéo của bu lơng cường độ cao
fhb = 0.7fub
γb1 – hệ số điều kiện làm viêc của liên kết bu lông
γb1 = 0.8

nếu n < 5

γb1 = 0.9

nếu 5 ≤ n < 10

γb1 = 1.0

nếu n ≥ 10

γb2 – hệ số tin cậy
nf – số mặt ma sát

3. LIÊN KẾT BU LÔNG


3. LIÊN KẾT BU LƠNG
3.4. HÌNH THỨC LIÊN KẾT – BỐ TRÍ BU LƠNG
Hình thức liên kết:
Liên kết đối đầu
Liên kết ghép chồng
Bố trí bu lơng:
Bố trí song song
Bố trí so le

3. LIÊN KẾT BU LÔNG


3. LIÊN KẾT BU LƠNG

3. LIÊN KẾT BU LƠNG
3.5. TÍNH LIÊN KẾT BU LƠNG
a. Khi chịu lực trục:
- Chọn hình thức liên kết
- Chọn đường kính bu lơng
- Tính khả năng chịu lực của 1 bu
lông [N]cb, [N]vb → [N]minb
- Tính số bu lơng cần thiết:
n³

N

[N ]min b

- Bố trí bu lông
- Kiểm tra khả năng chịu lực của thép cơ bản


3. LIÊN KẾT BU LÔNG
b. Khi chịu M và Q:
- Chọn hình thức liên kết
- Chọn số bu lơng n
- Bố trí bu lơng
- Xác định tâm xoay O
- Lực cắt tác dụng lên một bu lông:
Q
n

V =

M = å N i l i = N 1l1 + N 2 l 2 + ... + N i l i + ... + N n l n

Mặt khác:

Ni =

N1
li
h1

3. LIÊN KẾT BU LÔNG
M =m

N1 =

N1 2
l1 + l 22 + ... + l i2 + ... + l nn
l1

(

)

Ml1
2

må l i

- Lực tác dụng lên 1 bu lông xa tâm xoay nhất:
R max = V 2 + N 12

- Điều kiện chịu cắt:

Rmax ≤ [N]vb

- Điều kiện chịu ép mặt:

Rmax ≤ [N]cb