Giáo trình phân tích khả năng vận dụng đặc điểm chung về kết cấu của cầu kim loại trong xây dựng p8 pps

Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 36 -

Hình 2.15: Các dạng thép khác

Đ2.7 liên kết mối hn trong kết cấu thép

7.1-Các phơng pháp hn:

7.1.1-Hn điện:

7.1.1.1-Hn hồ quang điện bằng tay:

Nguyên lý:
Que hn
hồ quang
tay cầm
thép cơ bản
dây dẫn
nguồn điện

Hình 2.16: Nguyên lý hn

Dùng que hn v thép cơ bản (thép cần hn) nối với nguồn điện để tạo ra 2 điện
cực.
Dới tác dụng của dòng điện, xuất hiện hồ quang điện lm nóng chảy thép que
hn v thép cần hn. Que hn chảy từng giọt rơi xuống rãnh hn do lực hút điện
trờng (do lực hút ny m có thể hn trần phía trên tuy nhiên chất lợng không
cao). Hai kim loại hòa lẫn với nhau nguội lại tạo thnh đờng hn. Vì vậy bản
chất của mối hn l sự liên kết giữa các phần tử của các kim loại bị nóng chảy.
Nguồn điện hn dùng điện 1 chiều có hiệu điện thế thấp. Cờng độ dòng điện ảnh

hởng đến chất lợng đờng hn: cờng độ giảm hn sẽ không ngấu, chất lợng kém;
cờng độ dòng điện tăng thì chiều sâu đờng hn lớn, ngấu v nhanh nhng nếu lớn quá
sẽ cháy thép lm thép gi v dòn hơn. Cờng độ dòng điện I=150ữ500A, nhiệt độ ngọn
lửa hồ quang 6000ữ7000
o
C, nhiệt độ nóng chảy ở katod 2400
o
C, ở anod 2650
o
C.
Dới tác dụng của dòng điện cực mạnh, tia lửa hồ quang phóng từ katod sang anod
kéo theo luồng áp suất, kim loại bị nóng chảy v bị hút vo rãnh đờng hn. Khi hn
trần v hn đứng cần dòng điện cao hơn để tránh thép nóng chảy rơi xuống.
Khi hn thép nóng chảy sẽ tiếp xúc với không khí lẫn ôxy, nitơ lm thép gi v dòn.
Vì vậy phải hạn chế ngọn lửa hn (ngọn lửa hồ quang cng di cng hại) khống chế
khoảng cách giữa que hn v thép từ 2ữ3mm (nếu nhỏ hơn sẽ tắt). Đồng thời phải dùng
que hn có thuốc, thnh phần của nó gồm 1 số quặng, xỉ, 1 số chất cháy để khi nóng
chảy nó phủ lên thép ngăn cản tiếp xúc với không khí v lm nguội từ từ.
Ngời ta cấm dùng que hn trần (không có thuốc). Ta có thể thấy ở các chỉ tiêu sau:
.
Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 37 -

Que hn 42
bình thờng
Que hn trần
+Cờng độ phá hoại
4200ữ4800 kg/cm
2
2500ữ3500 kg/cm

2

+Cờng độ chảy
2800ữ2900 kg/cm
2
2200ữ3000 kg/cm
2

+Độ dãn di tơng đối
18ữ20% 3ữ4%
+Độ dẻo va chạm
8ữ12 kgcm/cm
2

1 kgcm/cm
2
(yêu cầu > 5)
u, nhợc điểm:
Dùng tiện lợi, có thể hn mọi đờng hn v thích ứng ở công trờng.
Chất lợng phụ thuộc trình độ công nhân v thông thờng chất lợng, tốc độ kém
hơn so với hn tự động.
7.1.1.2-Hn hồ quang điện tự động:


thép cơ bản
thuốc hn
rãnh
dây hn

Hình 2.16: Nguyên lý hn hồ quang tự động

Về nguyên tắc giống nh hn bằng tay nhng ở đây que hn đợc thay bằng cuộn
dây hn trần v dùng máy hn tự động chạy dọc theo đờng hn. Nó có đặc điểm l lớp
phủ bố trí ở trong rãnh, hn dới lớp phủ tức l hồ quang điện cháy chìm dới lớp thuốc;
cờng độ dòng điện I=800ữ1000A.
u, nhợc điểm:
u điểm:
Năng suất v chất lợng cao.
Tập trung nhiệt nên mối hn ngấu, chất lợng đảm bảo.
Kim loại lỏng đợc phủ lớp thuốc nên nguội từ từ tạo điều kiện cho bọt khí
ra ngoi lm đờng hn đặc hơn.
Hồ quang điện cháy chìm nên không ảnh hởng đến sức khỏe thợ hn.
Tránh đợc hiện tợng cháy thép v đỡ tốn que hn.
Nhợc điểm:
Phải dùng máy móc cồng kềnh, không dùng trên công trờng.
Không dùng để hn đờng hn trần, hn đứng, hn ngóc ngách v chiều di
đờng hn ngắn.
7.1.1.3-Hn tiếp xúc:

Đây cũng l phơng pháp hn tự động đợc thực hiện trên các máy hn chuyên
dụng nên có năng suất v chất lợng cao. Khi có dòng điện lớn chạy qua, tại vị trí tiếp
xúc xuất hiện điện trở, khi tiếp xúc lớn sinh ra nhiệt lm thép dẻo hoặc chảy lỏng. Nếu
hn dẻo thì dùng áp suất ép cho thép hn nối liền, còn hn chảy thì không cần ép.
.
Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 38 -
7.1.2-Hn hơi (hn xì):
Khi không có điện v khi hn các tấm mỏng, ta dùng hn hơi. Hổn hợp của
chúng gồm ôxy O
2

v acetylen C
2
H
2
. Hai loại ny đựng ở 2 bình riêng dẫn vo 1 mỏ hn
nhờ 1 dây mềm, khi cháy nhiệt độ lên 3200
o
C lm nóng chảy kim loại. Thông thờng
ngời ta dùng thiết bị ny để cắt thép l chính, còn hn kết cấu nên dùng hn điện.
7.2-ứng suất v biến dạng khi hn:



ứ
ng suất co ngót ngang ứng suất co ngót dọc
Hình 2.18: Phân loại ứng suất hn

Đoạn ứng suất
bị chảydẻo
t
a
b
c

l

Hình 2.19: ứng suất v biến dạng khi hn cạnh
.
Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 39 -

Khi hn dới tác dụng của nhiệt độ gây ứng suất v biến dạng. Khi hn do thép
nóng không đều gây ra ứng suất v khi nguội thì biến dạng bị cản trở. ứng suất ny gọi
l ứng suất hn, còn gọi l ứng suất nhiệt, ứng suất co ngót. Tùy theo phơng của ứng
suất hn so với đờng hn m phân ra ứng suất co ngót ngang v dọc (hình 2.18).
Xét 1 bản thép đợc hn ở cạnh:
Khi đốt nóng từ nhiệt độ t
1
đến t
2
, thanh sẽ di thêm 1 đoạn:
[]
12
ttll =

. Nếu
biến dạng tự do thì theo quy luật biến thiên nhiệt độ l đờng cong nhng biến
dạng của thép bản vẫn theo quy luật tiết diện phẳng dẫn đến sự chênh lệch biến
dạng gây ra ứng suất trong thanh thép. Do đó trong thanh xuất hiện ứng suất
E
l
l
E

==

.
Trong miền l khi nhiệt độ >600
o
C sẽ không có ứng suất vì thép bị chảy dẻo
(hình 2.19d). Khi nguội thép chảy co lại nhng thép cơ bản cản trở sự co đó nên

trong thép hn xuất hiện ứng suất kéo v thép cơ bản xuất hiện ứng suất nén
(hình 2.19e) ngợc với (hình 2.19d).
Xét 1 mối hn góc:

3
2
1
phần tiếp giáp với thép chính sự
co bị cản trở nên có ƯS kéov
phần mép mối hn có ƯS nén
Nếu hn lm nhiều lớp khi nguội lớp
sau triệt tiêu bớt ƯS của lớp trứơc do
đó ƯS du trong mối hn giảm nhiều

Hình 2.20: ứng suất v biến dạng khi hn góc

Phần tiếp giáp với thép chính sự co bị cản trở nên có ứng suất kéo v phần mép
ngoi mối hn chịu ứng suất nén. Nh vậy trong mối hn có ứng suất d.
Nếu hn nhiều lớp khi nguội lớp sau triệt tiêu bớt ứng suất d của lớp trớc do đó
ứng suất d trong mối hn giảm nhiều.
Một số biện pháp lm giảm ứng suất hn v biến dạng hn:
ứng suất hn tự cân bằng v trong giai đoạn lm việc dẻo của vật liệu chúng sẽ bị
san bằng vì vậy không ảnh hởng đến khả năng chịu lực của liên kết. Tuy nhiên
ứng suất hn lm tăng khả năng phá hoại dòn của kết cấu; mặt khác biến dạng
hn lm mất công sửa chữa cấu kiện nên cần tìm cách giảm chúng.
Biện pháp cấu tạo:
Giảm số lợng đờng hn đến mức tối đa.
.
Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 40 -

Không nên dùng đờng hn quá dy vì biến dạng hn tỷ lệ thuận với khối
lợng thép nóng chảy.
Tránh tập trung đờng hn vo 1 chỗ, tránh đờng hn kín hoặc cắt nhau
cản trở biến dạng tự do của vật liệu khi hn.
Biện pháp thi công:
Chọn trình tự hn thích hợp. Ví dụ nếu đờng hn đối đầu quá di nên chia
thnh nhiều đoạn rồi hn tuần tự, khi đó ứng suất hn sẽ bị chia nhỏ v giá
trị giảm đi.
Tạo biến dạng ngợc trớc khi hn.
Dùng khuôn cố định không cho kết cấu biến dạng khi hn.
7.3-Các loại mối hn:

7.3.1-Mối hn đối đầu:



Hn thẳng góc
Hn xiên góc


0,3


Khi
8
mm
7
0
0
2

2mm


2-2.5mm

25mm
7
0
0

Khi
= 1025
mm

2mm
Khi hn 2 mặt khó

Hình 2.21: Cấu tạo mối hn đối đầu

.