bài giảng kết cấu thép Chương 2 Liên Kết

Chương 2
LIÊN KẾT
Hiện nay, trong kết cấu thép dùng hai phương pháp liên kết chính là:
+ Liên kết hàn;
+ Liên kết boulone;
2.1. LIÊN KẾT HÀN
Là sự liên kết giữa các phân tử của các kim loại bò nóng chảy (kim loại
cần hàn và que hàn).
2.1.1. Ưu Điểm
+ Giảm công chế tạo và khối lượng kim loại;
+ Hình thức cấu tạo liên kết đơn giản;
+ Bền, có tính kín cao;
1
2.1.2. Nhược Điểm
+ Gây biến hình hàn và ứng suất hàn trong liên kết làm
tăng tính giòn của vật liệu;
+ Khó kiểm tra chất lượng đường hàn;
2.1.3. Các Phương Pháp Hàn Trong Kết Cấu Thép
a. Hàn hồ quang điện bằng tay
2
Hình 2.1. Sơ đồ hàn hồ quang điện bằng tay
Tay cầm
Nguồn
điện
Dây dẫn
Que hàn
Hồ quang
Thép cơ bản
+ Nguyên lý
Dưới tác dụng của dòng điện → hồ quang điện → làm nóng
chảy mép của thép cơ bản và que hàn. Hai kim loại lỏng hòa

lẫn với nhau, nguội lại tạo thành đường hàn.
+ Que hàn (TCVN 3223:1994)
Dùng que hàn (chiều dài L=200÷450mm) lõi kim loại (đường
kính D=1.6÷6mm) có thuốc bọc dày t=1÷1.5mm (thuốc hàn,
gồm khoảng 80% là CaCO3).
b. Hàn hồ quang điện tự động
+ Nguyên lý
Thuốc hàn được rải trước thành lớp dày trên rãnh hàn. Dây hàn
được tự động nhả dần theo tốc độ di chuyển đều của máy hàn.
3
+ Ưu điểm
•
Tốc độ hàn nhanh (gấp 5÷10 lần hàn tay);
•
Chất lượng đường hàn tốt;
+ Nhược điểm
•
Chỉ hàn được các đường hàn nằm thẳng hoặc tròn;
•
Không hàn được các đường hàn đứng, ngược;
4
Hình 2.2. Sơ đồ hàn hồ quang điện tự động
Ống hút thuốc hàn
Dây hàn trần
Máy hàn
Phễu rải thuốc hàn
Hồ quang chìm
Thuốc hàn
c. Các yêu cầu chính khi hàn và phương pháp kiểm tra
chất lượng đường hàn

+ Các yêu cầu chính khi hàn
•
Làm sạch gỉ trên mặt rãnh hàn;
•
Cường độ dòng điện phải thích hợp;
•
Gia công mép bản thép đúng qui đònh;
•
Chọn que hàn phù hợp;
•
Phòng ngừa biến hình hàn;
+ Các phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn
•
Kiểm tra bằng mắt;
•
Dùng các phương pháp vật lý như siêu âm, điện từ, v.v…
5
2.1.4. Các Loại Đường Hàn Và Cường Độ Tính Toán
a. Đường hàn đối đầu
+ Cấu tạo
•
Là đường hàn liên kết trực tiếp hai cấu kiện cùng nằm trong một mặt
phẳng;
•
Đường hàn đối đầu có thể thẳng góc hoặc xiên góc với trục của cấu
kiện;
6
Hình 2.3. Đường hàn đối đầu
+ Ưu và nhược điểm
Ưu điểm

•
Truyền lực tốt;
•
Làm việc giống như thanh cơ bản;
Nhược điểm
•
Gia công mép bản thép (khi bản thép dày, t = δ > 8mm);
+ Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu
•
Khi chòu nén (không phụ thuộc vào phương pháp kiểm tra chất lượng
đường hàn)
fwc = f (f, cường độ tính toán của thép cơ bản);
Thép CCT34, fwc = 2100daN/cm2;
C, nhóm C;
CT, cacbon thường;
fu = 34kN/cm2, cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt;
7
•
Khi chòu kéo
- Dùng phương pháp vật lý kiểm tra chất lượng
đường hàn
fwt = f, thép CCT34, fwt = 2100daN/cm2;
- Dùng các phương pháp khác
fwt = 0.85f, thép CCT34, fwt = 1785daN/cm2;
•
Khi chòu cắt
fwv = fv, thép CCT34, fwv = 1200daN/cm2;
fv, cường độ tính toán khi chòu cắt của thép cơ bản;
8
b. Đường hàn góc

+ Cấu tạo
•
Là đường hàn nằm ở góc vuông tạo bởi hai cấu kiện
cần hàn;
•
Tiết diện đường hàn là một tam giác vuông cân, cạnh
của tam giác gọi là chiều cao đường hàn hf;
9
Hình 2.3. Đường hàn góc
+ Chiều cao đường hàn
hfmax ≤ 1.2tmin
tmin: chiều dày nhỏ nhất trong số các bản thép được
liên kết;
10
Phương
pháp
hàn
hfmin khi chiều dày của bản thép tmax, mm
4÷6 6÷10 11÷16 17÷22 23÷32 33÷40 41÷80
Tay 4 5 6 7 8 9 10
Tự
động
3 4 5 6 7 8 9
Bảng 2.1. Chiều cao nhỏ nhất của đường hàn góc
hfmin, mm
Tùy theo vò trí của đường hàn so với phương của lực tác
dụng mà chia ra:
•
Đường hàn góc cạnh là đường hàn góc song song với
phương của lực tác dụng;

•
Đường hàn góc đầu là đường hàn góc vuông góc với
phương của lực tác dụng;
11
Đường hàn góc cạnh
Đường hàn góc
đầu
Hình 2.4. Các loại đường hàn góc
N
N
N
N
+ Sự làm việc của đường hàn góc cạnh
•
Ứng suất phân bố không đều theo chiều rộng, chiều
dài bản thép;
•
Hai mút của đường hàn chòu τmax;
12
Hình 2.5. Sự phân bố ứng suất trong đường hàn góc cạnh
•
Chòu đồng thời cả ứng suất cắt và uốn. Trong tính toán
coi như chúng chỉ chòu cắt quy ước và phá hoại theo hai
dạng sau:
- một trong hai tiết diện dọc theo kim loại đường hàn
(tiết diện 1);
- theo biên nóng chảy của thép cơ bản (tiết diện 2);
13
Hình 2.6. Dạng phá hoại và tiết diện làm việc của đường
hàn góc cạnh

dạng phá hoại
các tiết diện làm việc
+ Sự làm việc của đường hàn góc đầu
•
Truyền lực đều theo bề rộng của liên kết;
•
Chòu đồng thời cả ứng suất cắt, kéo và uốn. Trong tính
toán coi như chúng chỉ chòu cắt quy ước và bò phá hoại
theo tiết diện 1 và 2 giống đường hàn góc cạnh;
+ Cường độ tính toán của đường hàn góc
•
Ứng với tiết diện 1: cường độ tính toán chòu cắt của
thép đường hàn fwf;
14
Loại que hàn theo TCVN 3223 : 1994 fwf (daN/cm2)
N42, N42 - 6B 1800
N46, N46 - 6B 2000
N50, N50 - 6B 2150
Bảng 2.2. Cường độ tính toán chòu cắt của thép
đường hàn fwf
•
Ứng với tiết diện 2: cường độ tính toán chòu cắt của thép cơ bản fws =
0.45fu;
fu: cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt;
c. Các cách phân loại đường hàn khác
+ Theo công dụng
•
Đường hàn chòu lực (để truyền lực);
•
Đường hàn không chòu lực (để cấu tạo);

+ Theo vò trí
•
Đường hàn nằm;
•
Đường hàn đứng;
•
Đường hàn ngược;
+ Theo đòa điểm chế tạo
•
Đường hàn nhà máy;
•
Đường hàn công trường;
15
+ Theo tính liên tục của đường hàn
•
Đường hàn liên tục;
•
Đường hàn không liên tục;
Khoảng cách lớn nhất giữa hai đường hàn, amax:
amax ≤ 15tmin: cấu kiện chòu nén;
amax ≤ 30tmin: cấu kiện chòu kéo hoặc các bộ phận
cấu tạo;
tmin: chiều dày của bản thép mỏng nhất;
16
17
Bảng 2.3. Ký hiệu các loại đường hàn
2.1.5. Các Loại Liên Kết Hàn Và Phương Pháp Tính Toán
a.Liên kết đối đầu
+ Khi chòu lực trục
Kiểm tra bền:

(2.1)
18
Hình 2.7. Liên kết hàn đối đầu thẳng chòu lực trục
b






≤==
cwc
cwt
ww
w
f
f
tl
N
A
N
γ
γ
σ
Trong đó:
•
N: lực kéo hoặc nén;
•
Aw: diện tích tính toán của đường hàn đối đầu;
•

t: bề dày tính toán của đường hàn, bằng bề dày của thép cơ
bản (t = tmin);
•
lw: chiều dài tính toán của đường hàn, lw = b - 2t;
•
b: chiều dài thực tế của đường hàn, chính là chiều rộng thép
cơ bản;
•
γc: hệ số điều kiện làm việc;
•
fwt: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chòu kéo;
•
fwc: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chòu nén;
19
Khi cường độ tính tốn chịu kéo của đường hàn fwt < f (f, cường
độ tính toán của thép cơ bản), dùng đường hàn xiên;
(2.2)
20
Hình 2.8. Liên kết hàn đối đầu xiên chòu lực trục
cwv
w
w
cwc
cwt
w
w
f
tl
N
f

f
tl
N
γ
α
τ
γ
γ
α
σ
≤=






≤=
cos
sin
Trong đó:
•
σw, τw: ứng suất pháp và ứng suất tiếp trong đường hàn;
•
α: góc nghiêng của đường hàn so với phương của lực trục N;
•
lw: chiều dài tính toán của đường hàn xiên;
(2.3)
•
fwv: cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chòu cắt;

+ Khi chòu M;
(2.4)
21
t
b
l
w
2
sin
−=
α
cwt
w
w
f
W
M
γσ
≤=
Trong đó:
•
Ww: moment kháng uốn của tiết diện đường hàn;
(2.5)
+ Khi chòu M, V;
(2.6)
Hệ số 1.15 kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo trong đường
hàn.
22
6
2

w
w
tl
W
=
ww
w
w
w
w
cwtwwtd
tl
V
A
V
tl
M
W
M
f
==
==
≤+=
τ
σ
γτσσ
2
22
6
15.13

b.Liên kết ghép chồng dùng đường hàn góc
+Tính toán liên kết ghép chồng chòu lực trục
23
Hình 2.9. Liên kết ghép chồng
N N
a≥5tmin; t=2÷5mm
t2
t1
Hình 2.10. Các tiết diện
làm việc
•
Tiết diện 1 (theo vật liệu đường hàn)
(2.7)
•
Tiết diện 2 (theo vật liệu của thép cơ bản)
(2.8)
Trong đó:
+ hf: chiều cao đường hàn góc;
+ lw: tổng chiều dài tính toán của các đường hàn;∑
+ βf, βs: các hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn ứng với
các tiết diện 1 và 2;
+ fwf, fws: cường độ tính toán chòu cắt quy ước của thép đường hàn
và thép cơ bản;
24
cwf
wff
f
lh
N
γ

β
≤
∑
cws
wfs
f
lh
N
γ
β
≤
∑
Khi thiết kế nên chọn trước hf,
(2.8)
(βfw)min = min(βffwf; βsfws);
lwmin 4hf và lw 40mm;≥ ≥
lw ≤ 85βfhf (đường hàn góc cạnh);
25
cwf
w
fh
N
l
γβ
min
)(
=
∑