giáo trình kết cấu thép

LỜI NÓI ĐẦU
Kết cấu thép là môn khoa học nghiên cứu những kiến thức cơ bản về kết
cấu, tính toán nội lực, kiểm tra độ bền, độ cứng trong kết cấu; liên kết, từ đó lập
các công thức chủ yếu để tính toán các bộ phận của công trình như cầu, dầm,
cột, và là nền tảng môn học kỹ thuật khác như: Thiết kế cầu, Xây dựng cầu,
Để phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên, học sinh chuyên ngành Xây
dựng cầu đường bộ - Trường Cao đẳng Giao thông vận tải miền Trung chủ trương
biên soạn và in ấn Giáo trình Kết cấu Thép
Giáo trình này gồm 6 chương, do ThS. Hoàng Đăng Thái, KS Cao Thị
Diện, KS Nguyễn Hữu Mạnh cùng phối hợp biên soạn, các chương được phân
công như sau:
ThS. Hoàng Đăng Thái: Chương 1,3,5;(chủ biên)
KS. Cao Thị Diện: Chương 2,6;
KS. Nguyễn Hữu Mạnh: Chương 4.
Giáo trình được biên soạn trên cơ sở CTMH Kết cấu Thép hệ cao đẳng
chuyên ngành Xây dựng cầu đường bộ, được Hiệu trưởng Nhà trường phê duyệt
năm 2013, bảo đảm tính liên thông dọc, liên thông ngang một cách khoa học. Vì
vậy nó cũng là tài liệu phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của giảng viên, học tập
và nghiên cứu của HSSV các chuyên ngành có liên quan ở hệ cao đẳng, cao đẳng
liên thông và Trung cấp chuyên nghiệp. Đồng thời, giáo trình này cũng sẽ làm tài
liệu tham khảo quan trọng cho cán bộ kỹ thuật trong thực tế khi làm việc với các
công trình sử dụng kết cấu thép.
Để đạt được kết quả cao trong giảng dạy môn học này, giảng viên nên áp
dụng phương pháp dạy học tích hợp, học lý thuyết kết hợp với làm bài tập
Các tác giả chân thành cảm ơn tập thể cán bộ giáo viên giảng dạy bộ môn
Cầu; Kết cấu thép; các môn cơ học của trường đóng góp ý kiến
Tuy đã cố gắng biên soạn, nhưng do trình độ và kiến thức chuyên môn có
hạn chắc chắn giáo trình này còn rất nhiều khiếm khuyết. Kính mong bạn đọc
đóng góp ý kiến để lần tái bản giáo trình sẽ hoàn thiện hơn.
Các tác giả
1

2
Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP.
1. 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng.
a. Ưu điểm
Có khả năng chịu lực lớn, có khả năng vượt nhịp lớn. Việc tính toán kết cấu
thép có độ tin cậy cao, cấu trúc vật liệu khá đồng đều, mô đun đàn hồi lớn.
Kết cấu thép “nhẹ” hơn so với các kết cấu cùng loại được làm bằng vật liệu
thông thường khác như bê tông, gạch đá, bê tông.v.v.
Đánh giá độ nặng nhẹ của vật liệu thông qua hệ số:
.
F
C
γ
=
Trong đó : γ là tỷ trọng của vật liệu.
F là cường độ của vật liệu
Hệ số C càng nhỏ thì vật liệu càng nhẹ, Hệ số C của bê tông cốt thép 24.10
-4
(1/m);
gỗ là 4,5.10
-4
(1/m); thép là 3,7.10
-4
(1/m)
Kết cấu thép có tính công nghiệp hóa cao: thích hợp trong thi công lắp
ghép,có khả năng cơ giới hóa cao. Có thể sản xuất được hàng loạt tại xưởng với độ
chính xác cao
Các liên kết trong kết cấu thép như (đinh tán, bu lông, hàn) tương đối đơn

giản dễ thi công.
Kết cấu thép có tính kín: thép là vật liệu không thấm chất lỏng và chất khí
nên thích hợp sản xuất các thùng chứa chất lỏng, chất khí như thùng chứa dầu, khí
ga…
Thép còn là vật liệu có thể tái chế sử dụng sau khi công trình đã hết thời hạn
sử dụng.
So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm tra, dễ sửa chữa, dễ tăng cường
khả năng chịu lực khi cần
b. Nhược điểm
Kết cấu thép dễ bị han gỉ, dễ bị ăn mòn trong các môi trường ẩm ướt nên
khi sử dụng nếu không có cá biện pháp bảo vệ thì các công trình kết cấu thép sẽ bị,
xuống cấp, giảm tuổi thọ nhanh chóng.
Kết cấu thép chịu nhiệt kém, ở nhiệt độ trên 400C
0
kết cấu thép bị biến dạng
dẻo dẫn đến mất khả năng chịu lực. Trong môi trường nhiệt độ cao không nên sử
dụng kết cấu bằng thép.
c. Phạm vi sử dụng
Thép được sử dụng rỗng rãi trong các công trình dân dụng, công trình giao
thông, công nghệ thông tin như nhà thi đấu thể thao, cột điện, trạm thu phát tín
hiệu, cầu thép, dàn giáo thi công, giàn khoan.v.v.
3
a)
b)
Hình 1.1 Kết cấu thép trong ngành xây dựng cầu đường
a) Hệ thống giá đỡ dầm cầu bằng kết cấu thép
b) Cầu Long Biên – cầu thép lâu đời nhất tại Việt Nam
1.1.2. Yêu cầu đối với kết cấu thép
Khi sử dụng kết cấu thép cần đảm bảo những yêu cầu về mặt kinh tế, kỹ
thuật và tiện lợi khi sử dụng:

Yêu cầu về mặt sử dụng: kết cấu thép phải được thiết kế đủ sức kháng lại các
tải trọng trong suốt thời gian sử dụng. Phải đảm bảo tuổi thọ đã đề ra, dễ duy tu
bảo dưỡng, dễ kiểm tra,
Yêu cầu về mặt kinh tế và quá trình thi công: tiết kiệm vật liệu, tối đa hoá
khả năng công nghiệp hoá trong sản xuất và lắp ráp các cấu kiện, giảm thời gian thi
công…
Yêu cầu về mặt thẩm mỹ: đảm bảo tính thống nhất, phù hợp với thiết kế cảnh
quan xung quanh.
1.2. NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU
1.2.1. Sơ lược lịch sử các phương pháp tính toán thiết kế kết cấu thép
1.2.1.1. Thiết kế theo ứng suất cho phép (SCP-ASD)
Thiết kế phải đảm bảo an toàn Khi thiết kế dầm tĩnh định. kết cấu liên kết
bằng chốt hoặc thiết kế vòm ba chốt hoặc thiết kế dàn phẳng tĩnh định.
Qui định về hệ số an toàn:
2
.5,0
===
y
y
f
f
Q
R
F
(1)
Trong đó: f
y
là ứng suất chảy của thép.
Kết cấu chịu kéo hoặc chịu nén:
Diện tích hữu hiệu cần thiết của cấu kiện chịu ứng suất kéo:

4
A
kéo
≥
t
f
T
(2)
Trong đó: A
kéo
là diện tích hữu hiệu cần thiết khi cấu kiện chịu kéo.
T là hiệu ứng tải trọng khi cấu kiện chịu kéo.
f
t
là ứng suất cho phép khi cấu kiện chịu kéo.
Diện tích hữu hiệu cần thiết của cấu kiện chịu ứng suất nén:
A
nén
≥
C
f
C
(3)
Trong đó: A
nén
là diện tích hữu hiệu cần thiết khi cấu kiện chịu nén.
C là hiệu ứng tải trọng khi cấu kiện chịu nén.
f
c
là ứng suất cho phép khi cấu kiện chịu nén.

Kết cấu chịu uốn:
S là mô đun mặt cắt cần thiết:
S ≥
b
f
M
(4)
Trong đó: S là mô đun mặt cắt cần thiết; M là mô men hiệu ứng tải trọng khi
chịu uốn; f
b
là ứng suất cho phép khi chịu uốn.
Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép hiện vẫn được dùng làm cơ sở
cho một số tiêu chuẩn thiết kế ở các nước trên thế giới, chẳng hạn, tiêu chuẩn của
viện kết cấu thép Mỹ (AISC).
1.2.1.2. Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng(LRFD)
Điều kiện tính toán theo hệ số tải trọng và sức kháng:
Ф.R
n
≥ ∑γ
i
.Q
i
(5)
Trong đó: Ф là hệ số sức kháng (tra bảng 1.1), R
n
là sức kháng danh định loại vật
liệu, γ
i
là hệ số tải trọng thứ i, Q
i

là hệ số hiệu ứng của tải trọng thứ i.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm như đã kể đến sự thay đổi trong cả sức
kháng và tải trọng, đạt được mức độ an toàn khá đồng đều cho các TTGH và các
loại cầu khác nhau mà không cần phân tích thống kê hay xác suất phức tạp, đưa ra
một phương pháp thiết kế hợp lý và nhất quán.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có những mặt hạn chế của nó. Nó đòi hỏi
sự thay đổi trong quan điểm thiết kế, phải có hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất
và thống kê, yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và thuật toán tính xác suất để
điều chỉnh các hệ số sức kháng cho phù hợp với trường hợp đặc biệt.
Phương pháp này được dùng làm cơ sở cho các tiêu chuẩn thiết kế của Mỹ
hiện nay như tiêu chuẩn của Viện kết cấu thép Mỹ (AISC), hiệp hồi cầu đường Mỹ
(AASHTO) cũng như tiêu chuẩn thiết kế cầu ở nước ta.
5
1.2.2. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05
1.2.2.1. Vài nét tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05
Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272–05 dựa trên tiêu chuẩn ASHTOLRFD
(1998) của hội liên hiệp cầu đường Mỹ và các tài liệu Việt Nam được liệt kê dưới
đây đã được tham khảo hoặc nguồn gốc của các dữ liệu thể hiện các điều kiện thực
tế ở Việt Nam:
- Tiêu chuẩn về thiết kế cầu: 22TCN 18 – 1979
- Tiêu chuẩn về tải trọng gió: TCVN 2737 – 1995
- Tiêu chuẩn về tải trọng do nhiệt: TCVN 4088 – 1985
- Tiêu chuẩn về thiết kế chống động đất: 22TCN 221 – 1995
- Tiêu chuẩn về giao thông đường thuỷ: TCVN 5664 – 1992.
Khi thiết kế mọi tiêu chuẩn tính toán, cấu tạo phải đảm bảo an toàn trong
thiết kế tức là sức kháng của vật liệu không nhỏ hơn hiệu ứng gây ra bởi các tải
trọng và tác động ngoài, nghĩa là.
Sức kháng của vật liệu R ≥ hiệu ứng của tải trọn Q (6)
Trong đó: R là sức kháng của vật liệu.
Q là hiệu ứng của tải trọng.

Khi áp dụng nguyên tắc đơn giản này, điều quan trọng là hai vế của bất đẳng
thức phải được đánh giá trong cùng những điều kiện. Chẳng hạn, nếu hiệu ứng tải
trọng là ứng suất nén trên nền thì nó phải được so sánh với sức kháng ép của mặt
nền đó. Liên kết thông thường này được quy định bằng việc đánh giá hai vế ở cùng
một trạng thái giới hạn
Trạng thái giới hạn (TTGH) được định nghĩa như sau:
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà kể từ đó trở đi, kết cấu cầu hoặc một bộ
phận của nó không còn đáp ứng được yêu cầu mà thiết kế đặt ra cho nó
Thiết kế kết cấu thép yêu cầu phải đạt được mục tiêu tối ưu về tính kinh tế,
tính thẩm mỹ, hiệu quả sử dụng, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, thi công
và trong quá trình sử dụng.
Mỗi cấu kiện được liên kết phải thỏa mãn điều kiện:
η ∑ γ
i
.Q
i
≤ Ф.R
n
=R
r
(7)
Trong đó: Q
i
là hiệu ứng của tải trọng thứ i.
γ
i
là hệ số tải trọng.
R
n
là sức kháng danh định.

Ф là hệ số sức kháng.
η là hệ số điều chỉnh.
6
η = η
D.
η
R
.η
t
>0,95 Đối với tải trọng dùng hệ số γ
max
.
0,1

1
≤=
tRD
ηηη
η
Đối với tải trọng dùng hệ số γ
min
.

D
η
- Hệ số xét đến tính dẻo của vật liệu
R
η
- Hệ số xét đến tính dư
t

η
- Hệ số xét đến tầm quan trọng trong khai thác.
Các hệ số η
D
; η
R
phụ thuộc vào cường độ kết cấu
η
t
Xét đến sự làm việc của cầu.ở trạng thái sử dụng.
Chú ý: Khi không xét trong các trạng thái giới hạn cường độ thì lấy : η
D
= η
R
= 1,0.
1.2.2.2. Khái niệm về tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác
a. Hệ số xét đến tính dẻo (η
D
)
Tính dẻo là một yếu tố quan trọng đối với sự an toàn của cầu. Nhờ tính dẻo,
các bộ phận chịu lực lớn của kết cấu có thể phân phối lại tải trọng sang những bộ
phận khác có dữ trữ về cường độ.
Các quy định của tiêu chuẩn được tuân theo thực nghiệm cho thấy rằng các
cấu kiện sẽ có đủ tính dẻo cần thiết.
Đối với trạng thái giới hạn cường độ, hệ số liên quan đến tính dẻo được quy
định như sau:
η
D
≥ 1,05 đối với các cấu kiện và liên kết không dẻo.
η

D
= 1,0 đối với các thiết kế thông thường.
η
D
≥ 0,95 đối với các cấu kiện tăng thêm tính dẻo vượt quá yêu cầu tiêu
chuẩn.
b. Hệ số xét đến tính dư (η
R
)
Tính dư có tầm quan trọng rất lớn đối với khoảng an toàn của kết cấu cầu.
Kết cấu siêu tĩnh luôn có tính dư vì có số liên kết nhiều hơn số liên kết cần thiết,
đảm bảo cho hệ kết cấu không biến dạng hình học (hệ bất biến hình).
Tính dư trong kết cấu cầu quy định theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 như sau:
η
R
≥ 1,05 Đối với các cấu kiện không dư.
η
R
=1,0 Đối với các cấu kiện có mức dư bình thường.
η
R
≥0,95 Đối với cấu kiện có mức dư đặc biệt.
c. Hệ số xét đến tầm quan trọng trong khai thác
η
t
≥1,05 Đối với các cầu quan trọng.
η
t
= 1,0 Đối với các cầu điển hình.
η

t
≥0,95 Đối với các cầu ít quan trọng.
7
1.2.2.3. Các trạng thái giới hạn (TTGH) theo tiêu chuẩn 22TCN272-05
Kết cấu thép phải được thiết kế sao cho, dưới tác dụng của tải trọng, nó
không ở vào bất cứ TTGH nào được quy định bởi tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN
272-05. Các trạng thái giới hạn này có thể được áp dụng ở tất cả các giai đoạn của
cuộc đời kết cấu cầu.
a. Trạng thái giới hạn sử dụng
TTGH sử dụng của kết cấu thép được đặt ra đối với độ võng và các biến
dạng quá đàn hồi dưới tải trọng sử dụng.
Các qui định cho trạng thái giới hạn sử dụng:
Giới hạn về độ võng:
800/l
(l là chiều dài nhịp tính toán).
Dầm thép liên hợp đối với hai bản biên: f
l
≤ 0,95.R
h
.F
γl
.
Dầm thép không liên hợp kể cả hai bản biên: f
l
≤ 0,8.R
h
.F
γl
.
Trong đó: R

h
là hệ số giảm ứng suất của bản biên.
f
l
là ứng suất đàn hồi của bản biên,đơn vị là (Mpa).
F
γl
là ứng suất chảy của bản biên,đơn vị là (Mpa).
b. Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gẫy
Theo TTGH mỏi giới hạn biên độ ứng suất do xe tải mỏi thiết kế sinh ra tới
một giá trị phù hợp với chu kỳ lặp của biên độ ứng suất trong quá trình khai thác.
Theo trạng thái giới hạn đứt gẫy, phải thiết kế lựa chọn thép có độ dẻo dai
thích hợp trong phạm vi nhiệt độ nhất định.
c. Trạng thái giới hạn cường độ
TTGH cường độ bao hàm sự đánh giá, kháng uốn, kháng cắt, kháng xoắn,
lực dọc trục.
Các hệ số sức kháng Ф ở trạng thái giới hạn cường độ được cho trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các hệ số sức kháng cho các TTGH cường độ.
Trường hợp chịu lực Hệ số sức kháng
Uốn Ф
f
=1,00
Cắt Ф
u
=1,00
Nén dọc trục, cấu kiện chỉ có thép Ф
c
=0,90
Nén dọc trục,cấu kiện liên hợp Ф
c

=0,90
Kéo đứt gẫy trong mặt cắt thực(mặt cắt hữu hiệu) Ф
u
=0,80
Kéo chảy trong mặt cắt nguyên Ф
y
=0,95
Ép mặt tựa trên các chốt, các lỗ doa, khoan, lỗ bu lông và
các bề mặt cán
Ф
b
=1,00
8
Ép mặt của bu lông lên thép cơ bản Ф
hb
=0,80
Neo chống cắt Ф
sc
=0,85
Bu lông A325M và A490M chịu kéo Ф
l
=0,80
Bu lông A307 chịu kéo Ф
l
=0,65
Bu lông A325M và A490M chịu cắt Ф
s
=0,80
Cắt khối Ф
bs

=0,80
Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu hoàn toàn:
- Cắt trên diện tích hữu hiệu.
- Kéo hoặc nén vuông góc với diện tích hữu hiệu.
- Kéo hoặc nén song song với diện tích hữu hiệu
Ф
e1
=0,85
Ф =0,80
Ф=0,80
Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu không hoàn toàn.
- Cắt song song với trục đường hàn.
- Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn
- Nén vuông góc với diện tích hữu hiệu.
- Kéo vuông góc với diện tích hữu hiệu
Ф
e2
=0,80
Ф=0,80
Ф=0,80.
Ф=0,80
Kim loại hàn trong các đường hàn góc.
- Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn.
- Cắt trong mặt phẳng tính toán của đường hàn
Ф=0,80.
Ф
e2
=0,80
d. Trạng thái giới hạn đặc biệt
Trạng thái đặc biệt dùng để tính toán cho kết cấu khi xét đến các sự cố, các

chu kỳ xẩy ra lớn hơn tuổi thọ của cầu, động đất, lực đâm xe, va chạm của tàu
thuyền…
1.2.3. Giới thiệu về tải trọng và tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05
1.2.3.1. Các tổ hợp tải trọng
Trong tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05, việc tổ hợp tải trọng được đơn giản hoá
phù hợp với điều kiện Việt Nam. Có 6 tổ hợp tải trọng được quy định như trong
bảng 1.2:
Bảng 1.2: Các dạng tổ hợp tải trọng
Tổ hợp tải
trọng
Mục đích của tổ hợp tải trọng Các hệ số tải trọng chủ yếu
Cường độ I Xét xe bình thường trên cầu không có
gió
Hoạt tải
75,1=
L
γ
Cường độ II Cầu chịu gió có tốc độ lớn hơn 25m/s Tải trọng gió
40,1
=
L
γ
9
Cường độ III Xét xe bình thường trên cầu có gió với
tốc độ 25m/s
Hoạt tải
35,1
=
L
γ

Tải trọng gió
40,0
=
L
γ
Đặc biệt Kiểm tra về động đất, va xe, va xô tàu
thuyền và xói lở
Hoạt tải
05,0
=
L
γ
Tải trọng đặc biệt
00,1
=
L
γ
Khai thác Kiểm tra tính khai thác, tức là độ võng
và bề rộng vết nứt của bê tông
Hoạt tải
00,1
=
L
γ
Tải trọng gió
30,0
=
L
γ
Mỏi Kiểm tra mỏi đối với cốt thép Hoạt tải

75,0
=
L
γ
1.2.3.2. Hoạt tải xe thiết kế
a. Số làn xe thiết kế
Bề rộng làn xe được lấy bằng 3500 mm để phù hợp với qui định của “tiêu
chuẩn thiết kế đường ô tô”. Số làn xe thiết kế xác định theo tỷ số w/3500, trong đó
w (mm) là bề rộng khoảng trống của lòng đường, giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn.
b. Hệ số làn xe
Hệ số làn xe m được quy định theo bảng 1.3:
Bảng 1.3:Hệ số làn xe m.
Số làn chất tải hệ số m
1 1,2
2 1,0
3 0,85
>3 0,65
c. Hoạt tải xe ô tô thiết kế
Xe tải thiết kế: trọng lượng, khoảng cách các trục và khoảng cách các bánh
của xe tải thiết kế được cho trên hình 1.2, lực xung kích được lấy theo bảng 1-4
4,3(m) 4,3->9,0(m)
1,8m
35kN
145kN145kN
Hình 1.2: Đặc trưng của xe tải thiết kế 3 trục
Xe 2 trục thiết kế: Xe hai trục gồm một cặp trục 110000 N theo chiều dọc
cách nhau 1200mm, khoảng cách theo chiều ngang của các bánh xe bằng 1800
mm. Lực xung kích lấy theo bảng 1.4.
10
d. Tải trọng làn thiết kế

Là tải trọng có cường độ 9,3 N/mm ; phân bố đều theo chiều dọc cầu, và giả
thiết phân bố đều trên bề rộng 3000 mm. Khi tính nội lực do tải trọng làn thiết kế
không xét đến tác động xung kích.
4,3(m) 4,3 ->9,0(m)
35kN
145kN145kN
9,3N/mm
1,2(m)
110kN
9,3N/mm
110kN
Hình 1.3: Hoạt tải thiết kế theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05
e. Lực xung kích
Tác động tĩnh học của xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế phải được lấy
tăng thêm một tỷ lệ phần trăm cho tác động xung kích IM, được quy định trong
bảng 1.4
Bảng 1-4: Lực xung kích IM.
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu,đối với tất cả các trạng thái giới hạn 75%
Tất cả các cấu kiện khác.
* Trạng thái giới hạn mới.
* Các trạng thái giới hạn khác
15%.
25%
1.3. VẬT LIỆU
1.3.1. Thành phần hóa học của thép
Thành phần hoá học của thép làm ảnh hưởng trực tiếp tới cấu trúc của thép,
do đó làm liên quan chặt chẽ đến tính chất cơ học của nó.
Thành phần hóa học chủ yếu của thép là sắt (F
e

) và các bon (C), lượng các
bon tuy rất ít nhưng ảnh hưởng quan trọng đối với tính chất cơ học của thép.
Lượng các bon càng nhiều thì cường độ của thép càng cao. Nhưng tính dẻo, tính
dai, tính hàn càng giảm. Thép dùng trong xây dựng đòi hỏi tính dẻo cao để tránh
đứt gẫy đột ngột nên hàm lượng các bon hạn chế khá thấp, thường C = 0,2
÷
0,22%
về khối lượng.
11
Thép các bon thường, ngoài sắt (F
e
) và các bon (C ) còn có các nguyên tố
hóa học khác. Các nguyên tố hóa học có lợi thường gặp man gan (M
n
) và silic (S
i
).
Các nguyên tố hóa học có hại phốt pho (P), lưu huỳnh (S), ô xi (O), ni tơ (N). Các
nguyên tố có hại này làm cho thép trở nên dòn.
Thép hợp kim là loại thép ngoài các thành phần hóa học kể trên, còn có các
nguyên tố kim loại bổ sung. Các nguyên tố này được đưa vào nhằm tăng cường độ
mà không làm giảm tính dẻo, tăng khả năng chống gỉ, tăng khả năng chống mài
mòn. Ví dụ như Crôm (C
r
) và đồng (C
u
) tăng khả năng chống gỉ của thép, Mangan
làm tăng cường độ của thép và kiềm chế ảnh hưởng xấu của sunfua.
Tuy nhiên hàm lượng các kim loại càng cao (hợp kim càng cao) thì tính
dẻo,tính dai,tính hàn càng giảm.

Thép hợp kim dùng trong xây dựng là thép hợp kim thấp thành phần kim
loại bổ sung khoảng 1,5
÷
2,0%.
Các thuộc tính cơ học nhỏ nhất của các thép cán dùng trong công trình
cường độ và chiều dày qui định theo bảng 1.5.
Bảng 1.5: Các thuộc tính cơ học nhỏ nhất của các thép cán
dùng trong công trình, cường độ và chiều dày
Thép
kêt Cấu
Thép hợp kim thấp
Cường độ cao
Thép hợp
Kim thấp
Tôi nhúng
Thép hợp kim tôi
Nhúng cường độ
cao
Ký hiệu theo
AASHTO
M270
Cấp 250
M270
Cấp 345
M270
Cấp 345W
M270
Cấp 485W
M270
Cấp 690/690W

Kýhiệu
theoASTM
Tương đương
A709M
Cấp250
A709M
Cấp 345
A709M
Cấp 345W
A709M
Cấp485W
A709M
Cấp 690/690W
Chiều dày của bản
(mm)
Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 65 Trên 65
Tới 100
Thép hình Tất cả các
nhóm
Tất cả các
nhóm
Tất cả các
nhóm
Không áp
dụng
Không
áp dụng
Không
áp dụng
Cường độ chịu

kéo nhỏ nhất
F
U
(Mpa)
400 450 485 620 760 690
Điểm chảy nhỏ
nhất hoặc cường
độ chảy nhỏ nhất
F
Y
(Mpa)
250 345 345 485 690 620
12
1.3.2.Phân loại thép kết cấu theo tiêu chuẩn 22TCN272-05
Thép các bon công trình
Loại thép này có tính hàn tốt,thích hợp cho thép bản,thép thanh. Và các loại
thép cần định hình trong xây dựng được sử dụng trong nhiệt độ không khí.
Thép hợp kim thấp cường độ cao
Loại thép này có tính hàn tốt. Thích hợp cho thép bản, thép thanh, và thép
cán định hình. Các hợp kim này có sức khảng gỉ cao hơn thép công trình.Cường độ
chảy và cường độ kéo đứt lớn hơn thép các bon công trình, cường độ chảy cao hơn
(F
y
=345 Mpa) có tính dẻo tốt, loại thép này thường được thiết kế loại cầu thép có
nhịp trung bình và nhỏ.
Thép hợp kim thấp gia công nhiệt
Thép hợp kim thấp cường độ cao có thể được gia công nhiệt ,để đạt được
cường độ cao có thể được gia công nhiệt để đạt được cường độ cao hơn
(F
y

=485Mpa)
Sự gia công nhiệt làm điểm nóng chảy của thép dịch chuyển cao lên làm
thay đổi cấu trúc của thép, làm tăng cường độ, tăng độ rắn và độ dai. Ngoài ra thép
này có thể hàn.
Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao
Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao là loại thép có thành phần hóa
học không phải như trong thép hợp kim thấp cường độ cao.
Phương pháp gia công nhiệt tôi được thực hiện tương tự như thép hợp kim
thấp.Nhưng thành phần hóa học khác nhau.Các nguyên tố hợp kim làm phát triển
cường độ cao hơn (F
y
=690Mpa ) và tính giai hơn ở nhiệt độ thấp.
1.3.3. Ứng suất dư
Ứng suất tồn tại trong các bộ phận kết cấu mà không do tác động của bất kỳ
ngoại lực nào được gọi là ứng suất dư.
Ứng suất dư có thể phát sinh trong quá trình gia công nhiệt,gia công cơ học
hay quá trình luyện thép.
Ứng suất dư làm ảnh hưởng đến cường độ của các cấu kiện chịu lực.
Biểu đồ ứng suất dư được hình thành một số trường hợp như trong hình 1.4
13
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+

a) b)
c) d)
Hình 1.4: Sơ hoạ ứng suất dư trong các mặt cắt thép cán
và ghép trong xưởng
a) Mặt cắt cán nóng, b) Mặt cắt hình hộp hàn, c) Bản cắt mép và bản cắt mép bằng
lửa, d) Mặt cắt I tổ hợp hàn cắt mép bằng lửa
1.3.4. Gia công nhiệt
Thuộc tính cơ học của thép có thể được nâng cao bằng các phương pháp gia
công nhiệt khác nhau: gia công làm nguội chậm và gia công làm nguội nhanh.
Gia công làm nguội chậm là phép tôi chuẩn thông thường. Nó bao gồm việc
nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ n ày trong một khoảng
thời gian thích hợp rồi sau đó, làm nguội chậm trong không khí. Nhiệt độ tôi tuỳ
theo loại gia công. Gia công làm nguội chậm làm tăng tính dẻo, tính dai của thép,
làm giảm tính dư nhưng không nâng cao được cường độ và độ cứng.
Gia công làm nguội nhanh được chỉ định cho thép cầu, còn được gọi là tôi
nhúng. Trong phương pháp này, thép được nung nóng tới tới khoảng 900 0C, được
giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian, sau đó được làm nguội nhanh bằng
cách nhúng vào bể nước hoặc bể dầu. Sau khi nhúng, thép lại đ ược nung tới
khoảng 5000C, được giữ ở nhiệt
độ này, sau đó được làm nguội chậm. Tôi nhúng làm thay đổi cấu trúc vi mô của
thép, làm tăng cường độ, độ rắn và độ dai.
1.3.5. Ảnh hưởng của ứng suất lặp (sự mỏi)
Khi thiết kế kết cấu thép, người thiết kế phải nhận thức được ảnh hưởng của
ứng suất lặp. Xe cộ đi qua bất kỳ vị trí nào đều lặp đi lặp lại theo thời gian. Trên
đường cao tốc xuyên quốc gia, số chu kỳ ứng suất lớn nhất có thể hơn một triệu lần
mỗi năm.
14
Các ứng suất lặp này được gây ra bời tải trọng sử dụng và giá trị lớn nhất
của ứng suất trong thép cơ bản của mặt cắt ngang nào đó sẽ nhỏ hơn so với cường
độ của vật liệu hoặc vè hình học, ứng suất tại nơi gián đoạn có thể dễ dàng lớn gấp

hai hoặc ba lần ứng suất được tính toán từ tải trọng sử dụng. Ngay cả khi ứng suất
cao này tác dụng không liên tục, nếu nó lặp đi lặp lại nhiều lần thì hư hỏng sẽ tích
luỹ, vết nứt sẽ hình thành và sự phá hoại cấu kiện có thể xảy ra.
Cơ chế phá hoại này, bao gồm biến dạng và sự phát triển vết nứt dưới tác
động của tải trọng sử dụng, mà nếu tự bản thân nó thì không đủ gây ra phá hoại,
được gọi là mỏi. Thép bị mỏi khi chịu mức ứng suất trung bình nhưng lặp lại nhiều
lần.
1.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP
Trong kết cấu thép các cấu kiện được nối với nhau bằng các liên kết như liên
kết bằng đinh tán,liên kết bằng bu lông cường độ cao, liên kết bằng đường hàn.
Trong kết cấu thép hiện nay có ba loại liên kết thường được sử dụng, liên kết
bằng đinh tán, liên kết bằng bu lông cường độ cao, liên kết bằng đường hàn.
Liên kết bằng đinh tán
Ưu điểm: có độ dẻo và độ dai xung kích tốt, truyền lực tốt và chắc chắn, dễ
kiểm tra chất lượng liên kết
Nhược điểm: Tốn vật liệu làm bản ốp, tốn công chế tạo đinh và lỗ đinh, làm
giảm yếu tiết diện tại vị trí khoét lỗ .
Phạm vi sử dụng: Thường được sử dụng làm cầu dàn, cầu đường sắt, cầu
đường bộ, các loại cần trục tải trọng lớn.
Liên kết bằng bu lông
Ưu điểm: chịu tải trọng động tốt, thuận tiện cho việc tháo lắp các công trình
cầu nhà thi đấu thể thao, cột điện cột ăng tẹn, giàn khoan, làm các đà giáo, mui
dẫn,v.v.v
Nhược điểm: tốn vật liệu tốn công chế tạo, gây ra hiện tượng giẩm yếu tiết
diện, chịu lực cắt kém hơn so với đinh tán.
Phạm vi sử dụng: thường sử dung các công trình đường sắt, cột điện, dàn
khoan, nhà thi đấu thể thao, cầu tạm.v.v.
Liên kết hàn
Ưu điểm: không làm giảm yếu mặt cắt thanh thép liên kết, cấu tạo đơn giản
dễ gia công, dễ tự động hóa trong sản xuất.

Nhược điểm: chịu tải trọng rung động kém, khó tháo dỡ trong quá trình thi
công.
Phạm vi sử dụng: được sử dụng cho các mối nối ngoài công trường,trong
các nhà máy,đặc biệt đối với nganh cơ khí,ngành cầu,ngành xây dựng.v.v.
15
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
I. Câu hỏi lý thuyết
1.Nêu ưu điểm? Nhược điểm phạm vi sử dụng của kết cấu thép?
2.Trình bày nguyên tắc cơ bản tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05.
3.Trình bày các trạng thái giới hạn theo tiêu chuẩn 22TCN272-05.
4.Trình bày phân loại thép kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05.
II. Câu hỏi thảo luận
So sánh ưu nhược điểm của các loại liên kết trong kết cấu thép với 1 công trình cụ
thể, từ đó đưa ra phương án tốt nhất theo quan điểm cá nhân.
16
Chương 2. LIÊN KẾT BU LÔNG
2.1. LIÊN KẾT BU LÔNG
2.1.1. Phân loại bu lông
2.1.1.1. Bu lông thường
Thường được làm bằng thép ít các bon loại thép kí hiệu ASTM A307 có
cường độ chịu kéo 420 Mpa. Bu lông A307 có thể có đầu dạng hình vuông, hình
lục giác hoặc đầu chìm.
Bu lông thường không được phép sử dụng cho các liên kết chịu mỏi.
2.1.1.2. Bu lông cường độ cao
Loại bu lông này có đường kính bu lông qui
định từ 16 mm đến 36 mm.
Trong đó: Bu lông có đường kính d=16 mm
÷
27 mm có cường độ chịu kéo nhỏ nhất là
830Mpa. Bu lông có đường kính d=30 mm

÷
36
mm có cường độ chịu kéo nhỏ nhất là 725 Mpa.
Bu lông cường độ cao có thể dùng trong các
liên kết chịu ma sát hoặc liên kết chịu ép mặt .
Ưu điểm của bu lông cường độ cao dễ chế
tạo khả năng chịu lực lớn liên kết ít biến dạng nên
được sử dụng rộng rãi thay thế cho liên kết đinh
tán trong các liên kết chịu tải trọng nặng và tải
trọng động.
Trong thực tế thường sử dụng hai loai bu
lông cường độ cao là A325 và A490 theo tiêu
chuẩn ASTM như trên hình 2.1.
Hình 2.1 Bu lông cường độ
cao
17
2.1.2. Cấu tạo bu lông và lỗ bu lông
Hình 2.2 Cấu tạo bu lông cường độ cao
Hình 2.3 Cấu tạo bu lông thường:
a. đầu và đai ốc hình lục lăng; b. Đầu và đai ốc hình vuông; c. Đầu chìm
Thân bu lông là một đoạn thép tròn đường kính d.
Đường kính trong của phần ren là (d
o
).
Đầu bu lông có thể hình vông hoặc hình lục giác.
Đai ốc bu lông có thể hình vuông hoặc hình lục giác.
Ngoài ra còn có lòng đèn (đệm) tác dụng dùng để phân phối áp lực của đai ốc
(ê cu) lên mặt thép cơ bản.
Chiều dài thân bu lông ký hiệu: l
Chiều dài phần ren ký hiệu: l

o
Bu lông cường độ cao A325 có thể bằng thép chống rỉ. Các kích cỡ bu lông
18
và đường ren răng có thể tham khảo bảng 2.1
Bảng 2-1 Chiều dài đường ren của bu lông cường độ cao.
Đường kính bu
lông (mm)
Chiều dài ren danh
Định (mm)
Độ lệch ren
(mm)
Chiều dài tổng cộng
Ren (mm)
12,7
15,9
19,0
22,2
25,4
28,6
31,8
35,0
38,1
25,4
31,8
35,0
38,1
44,5
50,8
50,8
57,2

57,2
4,8
5,6
6,4
7,1
7,9
8,6
9,7
11,2
11,2
30,0
37,3
41,4
45,2
52,3
59.4
60,5
68,3
68,3
Trong các liên kết bằng bu lông cường độ cao chịu ma sát, các bản nối được
ép vào nhau nhờ lực xiết bu lông. Lực xiết bu lông cần đủ lớn để khi chịu cắt, ma
sát giữa các bản thép đủ khả năng chống lại sự trượt. Liên kết chịu ma sát yêu cầu
bề mặt tiếp xúc của các bản nối phải được làm sạch khỏi sơn, dầu mỡ và các chất
bẩn. Cũng có thể dùng liên kết trong đó bu lông bị ép mặt, sự dịch chuyển của các
bản nối được ngăn cản bởi thân bu lông.
Các kích thước lỗ bu lông không được vượt quá các trị số trong bảng 2.2.
Bảng 2-2 Kích thước lỗ bu lông lớn nhất.
Đường kính bu lông Lỗ chuẩn Lỗ quá cỡ Lỗ ô van ngắn Lỗ ô van dài
d (mm) Đường kính Đường kính Rộng x dài Rộng x dài
16

18
20
22
24
26
27
30
33
36
18
20
22
24
26
28
30
33
36
39
20
22
24
26
28
30
35
38
41
44
18 x 22

20 x 24
22 x 26
24 x 28
26 x 30
28 x 42
30 x 37
33 x 40
36 x 43
39 x 46
18 x40
20 x 45
22 x50
24 x55
26 x60
28 x65
30 x67
33 x75
36 x83
39 x90
19
Lỗ quá cỡ có thể dùng trong mọi lớp của liên kết bu lông cường độ cao chịu
ma sát. Không dùng lỗ quá cỡ trong liên kết kiểu ép mặt.
Lỗ ô van ngắn có thể dùng trong mọi lớp của liên kết chịu ma sát hoặc ép mặt.
Trong liên kết chịu ma sát, cạnh dài lỗ ô van được dùng không cần chú ý đến
phương tác dụng của tải trọng, nhưng trong liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ ô van
cần vuông góc với phương tác dụng của tải trọng.
Lỗ ô van dài chỉ được dùng trong một lớp của cả liên kết chịu ma sát và liên
kết chịu ép mặt. Lỗ ô van dài có thể được dùng trong liên kết chịu ma sát không
cần chú ý đến phương tác dụng của tải trọng, nhưng trong liên kết chịu ép mặt,
cạnh dài lỗ ô van cần vuông góc với phương tác dụng của tải trọng.

Trong xây dựng cầu, đường kính bu lông nhỏ nhất cho phép là 16 mm, tuy
nhiên không được dùng bu lông đường kính 16 mm trong kết cấu chịu lực chính.
2.2. HÌNH THỨC LIÊN KẾT BU LÔNG
Tùy theo cấu tạo của liên kết có thể liên kết đối đầu có hai bản ghép hoặc liên
kết chồng.
2.2.1. Đối với thép tấm
Có thể dùng liên kết đối đầu có hai bản ghép hay có một bản ghép hoặc dùng
liên kết chồng.
Liên kết đối đầu có hai bản ghép đối xứng, lực tryền đi đúng tâm nên có khả
năng truyền lực tốt.
Liên kết đối đầu có một bản ghép và liên kết chồng lực truyền đi lệch tâm nên
có mô men uốn phụ gây bất lợi cho sự làm việc của bu lông.
Khi nối đối đầu hai bản thép có chiều dày khác nhau, cần dùng thêm bản đệm.
Số bu lông phía có bản đệm cần tăng 10% so với tính toán.
Liên kết 2 bản thép có sử dụng 1 hay 2 bản ghép:
20
Hình 2.4 Liên kết có sử dụng một trong hai bản ghép hoặc bản đệm
2.2.2. Đối với thép hình
Khi liên kết đối đầu các thép hình được nối bằng các thép bản ghép hoăc có
thể nối bằng thép góc.
Khi nối phải chú ý tổng diện tích tiết diện của thép nối (bản ghép) không
được nhỏ hơn diện tích tiết diện của cấu kiện được liên kết.
Sự phân bố của bản ghép nên phù hợp với thép hình cấu kiện.
Không được dùng bu lông đường kính d=16 mm trong các cấu kiện chủ yếu
mà phải dùng bu lông có đường kính lớn hơn.
Thép hình kết cấu không được dùng bu lông 16 mm. Với loại bu lông này chỉ
lắp ghép lan can.
Qui định dùng các loại bu lông như sau:
Bu lông d=16 mm cho cạnh 50 mm.
Bu lông d=20 mm cho cạnh 64 mm.

Bu lông d=24 mm cho cạnh 75 mm
Bu lông d=27 mm cho cạnh 90 mm.
21
b)
a)
c)
B¶n ghÐp
d)
ThÐp gãc ghÐp
Hình 2.5 Sơ đồ các hình thức liên kết đối với thép hình nối ghép bằng bu lông
2.3. BỐ TRÍ BU LÔNG
Việc lựa chọn cách bố trí bu lông tùy thuộc vào cấu tạo, liên kết của kết cấu
và số lượng bu lông.
Việc qui định khoảng cách nhỏ nhất, khoảng cách lớn nhất, nhằm đảm bảo
khoảng cách trống giữa đai ốc và không gian cần thiết cho thi công (xiết bu lông)
và đảm bảo cấu kiện được qui định chống xé rách thép cơ bản; đảm bảo mối nối
chặt chẽ, chống cong vênh, chống ẩm, chống lọt bụi.
Có hai cách bố trí bu lông.
+ Bố trí song song
+ Bố trí so le
Các yêu cầu cơ bản về khoảng cách bu lông và khoảng cách tới mép theo tiêu
chuẩn thiết kế 22TCN272-05.
2.3.1. Bố trí song song
Khoảng cách từ tim đến tim của các bu
lông không được nhỏ hơn 3d. Trong đó d là
đường kính của bu lông. (S≥3d) và
S≤(100+4,0.t) ≤ 175 mm.
Khoảng cách từ tim lỗ tới mép cấu kiện
không được lớn hơn 8 lần chiều dày của
thanh, không được lớn hơn 125 mm. (L

S
< 8.t
và L
S
<125 mm) và không nhỏ hơn khoảng
cách cho trong bảng 2.3
Hình 2.6 Sơ đồ bố trí song song
Trong đó: S: là ký hiệu khoảng cách giữa các bu lông .
L
S
: là ký hiệu khoảng cách từ tim bu lông tới mép.
t: là chiều dày của thanh nhỏ hơn.
22
2.3.2. Bố trí so le
2.3.2.1.Qui định khoảng cách tối thiểu
Khoảng cách từ tim đến tim không
được nhỏ hơn 3 lần đường kính bu lông
(S≥ 3d).
Khi dùng bu lông quá cỡ hoặc lỗ bu
lông hình ô van, thì khoảng cách tối thiểu
giữa mép lỗ không được nhỏ hơn 2 lần
đường kính bu lông (L
S
> 2d).
Hình 2.7 Sơ đồ bố trí so le
2.3.2.2. Qui định khoảng cách tối đa
Cự li bu lông trên một hàng.
S≤ {100+ 4,0.t(30.g/4,0) } ≤ 175 mm
Trong đó : t là chiều dày nhỏ hơn của bản thép nối.
g là khoảng cách ngang giữa các bu lông khi các hàng đinh bố trí so le.

2.3.2.3. Bước dọc lớn nhất cho bu lông trong thanh ghép
Bu lông ghép nối các liên kết của thanh có thể hai hoặc nhiều tấm bản hoặc
thép hình ghép lại với nhau.
Bước dọc cho bu lông ghép của thanh chịu nén không vượt quá 12.t
Khoảng cách ngang giữa các hàng bu lông kề nhau không vượt quá 24.t
Bước doc bu lông giữa hai hàng so le phải thỏa mãn:
p ≤ 15,0.t-(3,0.g/8,0)≤ 12,0.t
Bước dọc cho bu lông của thanh chịu kéo không vượt quá 2 lần qui định cho
thanh chịu nén.
Khoảng cách ngang cho thanh chịu kéo không vượt quá 24.t
2.2.3.4. Bước dọc lớn nhất cho bu lông ghép ở hai đầu thanh chịu nén
Bước dọc bu lông liên kết các bộ phận của thanh chịu nén, không vượt quá 4
lần đường kính bu long trên đoạn chiều dài bằng 1,5 lần chiều rộng lớn nhất của
thanh.
2.2.3.5. Khoảng cách đến mép thanh
Dù bố trí song song hay bố trí so le thì cũng phải tuân thủ khoảng cách tính từ
tim bu lông đến đầu thanh không nhỏ hơn khoảng cách đến mép cho theo bảng 2-3.
Bảng 2.3 Khoảng cách tối thiểu từ tim lỗ bu lông đên mép thanh (mm)
Đường kính bu lông
(mm)
Các mép cắt Các mép tấm, bản hay thép hình được
cán hoặc các mép được cắt bằng khí đốt
23
16 28 22
20 34 26
22 38 28
24 42 30
27 48 34
30 52 38
36 64 46

2.4. TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BU LÔNG
2.4.1. Sự làm việc của liên kết bu lông
Khi liên kết bu lông chịu cắt xẩy ra hai dạng phá hoại chủ yếu: phá hoại của
bu lông và phá hoại của bộ phận được liên kết.
2.4.1.1. Sự phá hoại của bu lông khi chịu lực cắt
Ứng suất cắt trung bình của bu lông tính theo công thức.

4
.
2
d
P
A
P
f
V
π
==
(2.1).
Trong đó: P Là lực tác dụng lên một bu lông
A là diện tích mặt cắt ngang của bu lông
D là đường kính của bu lông
Lực tác dụng của một bu lông có thể viết: P= f
V
.A (2.2).

Hình a Hình b
Hình 2.8 Các trường hợp phá hoại cắt bu lông
Theo sơ đồ hình vẽ (hình a) cắt đơn; (hình b) cắt kép. Ta thấy trong trường
hợp này lực tác dụng không đúng tâm nhưng độ lệch tâm nhỏ có thể bỏ qua thành

phần mô men do lực lệch tâm.
Khi bu lông chịu cắt kép (hình b) có hai mặt cắt ngang tham gia chịu lực.
Trong trường hợp này lực: P=2.f
V
.A (2.3).
Nếu tăng bề dày vật liệu tại liên kết nối thì làm tăng số mặt phẳng chịu cắt
24
làm giảm lực tác dụng lên mỗi mặt cắt. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng chiều dài
của bu lông và khiến cho nó có thể phải chịu uốn.
2.4.1.2. Sự phá hoại của bu lông khi chịu ép mặt
Các tình huống phá hoại khác trong liên kết chịu cắt bao gồm sự phá hoại của
các bộ phận được liên kết và được chia thành hai trường hợp chính:
Sự phá hoại do kéo, cắt hoặc uốn lớn trong các bộ phận được liên kết. Nếu
một cấu kiện chịu kéo được liên kết, lực kéo trên cả mặt cắt ngang nguyên và mặt
cắt ngang hữu hiệu đều phải được kiểm tra. Tuỳ theo cấu tạo của liên kết và lực tác
dụng, cũng có thể phải phân tích về cắt, kéo, uốn hay cắt khối. Việc thiết kế liên
kết của một cấu kiện chịu kéo thường được tiến hành song song với việc thiết kế
chính cấu kiện đó vì hai quá trình phụ thuộc lẫn nhau.
Sự phá hoại của bộ phận được liên kết do sự ép mặt gây ra bởi thân bu lông.
Nếu lỗ bu lông rộng hơn một chút so với thân bu lông và bu lông được giả thiết là
nằm lỏng lẻo trong lỗ thì khi chịu tải, sự tiếp xúc giữa bu lông và bộ phận được
liên kết sẽ xảy ra trên khoảng một nửa chu vi của bu lông (hình 2.9). Ứng suất sẽ
biến thiên từ giá trị lớn nhất tại A đến bằng không tại B; để đơn giản hoá, một ứng
suất trung bình, được tính bằng lực tác dụng chia cho diện tích tiếp xúc, được sử
dụng.
Ứng suất trung bình khi chịu ép mặt của bu lông
f
P
=
td

P
.
(2.4).
Trong đó: P là lực tác dụng lên bu lông.
d là đường kính của bu lông.
t là chiều dày của bộ phận bị ép mặt.
Từ công thức (2.4) ta có công thức lực ép mặt: P= f
P
.d.t (2.5)
Hình 2.9 Ép mặt của bu lông lên thép cơ bản
25