Bài giảng kết cấu thép - Chương 4

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 61



Hình 2.19 Mối hàn rãnh



Hình 2.19a- Mặt cắt mói hàn góc
Các mặt cắt khuyết tật
Các mặt cắt lý tưởng
Các mặt cắt chấp nhận
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 62




Hình 2.19b Mặt cắt mối hàn rãnh
2.5.1.3 Giới hạn kích thước của mối hàn góc
Theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, chiều dày lớn nhất của mối hàn góc dọc theo
cạnh của cấu kiện liên kết được lấy bằng
•

Chiều dày bản nối, nếu bản nối mỏng hơn 6 mm
•

Chiều dày bản nối trừ đi 2 mm nếu bản nối dày hơn hoặc bằng 6 mm.
Chiều dày nhỏ nhất của mối hàn góc được quy định như trong bảng 2.6.
Bảng 2.7 Chiều dày nhỏ nhất của đường hàn góc (Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 )
Chiều dày chi tiết liên kết mỏng hơn

(mm)
Chiều dày nhỏ nhất của đường hàn góc
(mm)
T ≤ 20
6
T >20 8
Chiều dài có hiệu nhỏ nhất của đường hàn góc phải lớn hơn bốn lần chiều dày của nó và
phải lớn hơn 40 mm.
Các quy định cấu tạo chi tiết của liên kết hàn theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05
có thể tham khảo trong Tài liệu [2].
2.5.2 Sức kháng tính toán của mối hàn
2.5.2.1 Mối hàn rãnh
a) Mối hàn rãnh ngấu hoàn toàn
Chịu lực dọc trục
Mặt cắt chấp nhận
Mép không ngấu
Không đủ chiều dày
Quá lồi Quá lép Chồng chéo
Mặt cắt khuyết tật
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 63


Sức kháng tính toán của các liên kết hàn rãnh ngấu hoàn toàn chịu nén hoặc chịu kéo trực
giao với diện tích hữu hiệu hoặc song song với trục đường hàn được lấy như sức kháng tính
toán của thép cơ bản.
Chịu cắt
Sức kháng tính toán của các liên kết hàn rãnh ngấu hoàn toàn chịu cắt trên diện tích hữu
hiệu được lấy theo trị số nhỏ hơn hoặc cho bởi công thức 2.19 hoặc 60% sức kháng tính toán
chị

u kéo của thép cơ bản.
1exx
0, 6
re
R F
φ
=
(2.19)
trong đó
exx
F
cường độ phân loại của thép đường hàn
1e
φ
h ệ số sức kháng đối với đối với thép hàn (bảng 1.1)
b) Mối hàn rãnh ngấu cục bộ
Chịu lực dọc trục
Sức kháng tính toán của các liên kết hàn rãnh ngấu cục bộ chịu kéo hoặc chịu nén song
song với trục đường hàn hoặc chịu nén trực giao với diện tích hữu hiệu được lấy như sức kháng
tính toán của thép cơ bản.
Sức kháng tính toán của các liên kết hàn rãnh ngấu cục bộ chịu kéo trực giao với diện tích
hữu hiệu được lấy theo trị số nhỏ hơ
n hoặc cho bởi công thức 2.20 hoặc sức kháng tính toán
chịu kéo của thép cơ bản.
1exx
0, 6
re
R F
φ
=

(2.20)
trong đó,
1e
φ
là hệ số sức kháng đối với thép hàn (bảng 1.1)
Chịu cắt
Sức kháng tính toán của các liên kết hàn rãnh ngấu cục bộ chịu cắt song song với trục
đường hàn được lấy theo trị số nhỏ hơn hoặc của sức kháng có hệ số của vật liệu liên kết được
quy định trong điều 6.13.5 (Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05), hoặc cho bởi công thức
2.21
2exx
0, 6
re
R F
φ
=
(2.21)
trong đó,
2e
φ
là hệ số sức kháng đối với thép hàn (bảng 1.1).
2.5.2.2 Mối hàn góc
Chịu cắt
Sức kháng tính toán của đường hàn góc chịu cắt trên diện tích hữu hiệu được lấy theo trị số
nhỏ hơn hoặc cho bởi công thức 2.22 hoặc sức kháng có hệ số của vật liệu liên kết được quy
định trong điều 6.13.5.
2exx
0, 6
re
R F

φ
=
(2.22)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 64


trong đó
exx
F
cường độ phân loại của thép đường hàn
2e
φ
h ệ số sức kháng đối với đối với thép hàn (bảng 1.1)
Sức kháng có hệ số của vật liệu liên kết trong liên kết chịu cắt được quy định nhằm đảm
bảo không xảy ra phá hoại cắt chảy đối với cấu kiện liên kết (hình 2.20), phải được lấy theo
công thức 2.23.
rvn
R R
φ
=
(2.23)
0,58
ngy
R AF=
(2.24)
trong đó, A
g
là diện tích nguyên chịu cắt của cấu kiện liên kết, F
y

là cường độ chảy của thép
liên kết và
v
φ
là hệ số sức kháng đối với cắt (
1, 0
v
φ
=
).

Hình 2.20 Đường hàn góc chịu cắt. Cần phải kiểm tra cường độ chịu cắt của tấm công son
Diện tích hữu hiệu của đường hàn góc bằng chiều dài hữu hiệu của đường hàn nhân với
chiều dày tính toán của mối hàn, là khoảng cách nhỏ nhất từ chân đường hàn đến mặt mối hàn
(hình 2.21).
Trong phần lớn các bài toán của liên kết hàn, phân tích cũng như thiết kế, nên sử dụng
cường độ trên m
ột đơn vị chiều dài của đường hàn (hoặc là cường độ của bản thân đường hàn,
hoặc là cường độ của thép cơ bản, tuỳ theo giá trị nào nhỏ hơn). Cách tiếp cận này sẽ được
minh hoạ trong ví dụ sau đây.

HÌnh 2.21 Mặt cắt tính toán của đường hàn góc
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 65


VÍ DỤ 2.4
Một thanh thép dẹt chịu kéo dọc trục được liên kết vào một bản nút như trong hình 2.22
Đường hàn góc có chiều dày 6 mm được chế tạo bằng que hàn E70XX có cường độ
exx

485 MPaF =
. Sử dụng thép kết cấu loại M270, cấp 250. Giả thiết rằng cường độ chịu kéo
của thanh kéo là được đảm bảo. Hãy xác định cường độ thiết kế của liên kết hàn.

Hình 2.22 Hình cho ví dụ 2.4
Lời giải
Do đường hàn được bố trí đối xứng với trục dọc của cấu kiện, liên kết được xem là một
liên kết đơn giản và không có tải trọng bổ sung do lệch tâm.
Chiều dày tính toán của đường hàn là (0,707
×
6)
Khả năng chịu cắt trên một đơn vị chiều dài (1 mm) đường hàn là
2exx
0,6 .0,707 0,6.0,8.485.0,707.6 987, 6 N/mm
re
RFw
φ
== =

Khả năng chịu cắt trên một đơn vị chiều dài của thanh nối mỏng hơn (bản nút) là
.(0,58 ) 1, 0.0,58.8.250 1160 N/mm
vn v y
RtF
φ φ
== =

→ Cường độ đường hàn là quyết định. Khả năng chịu lực của toàn liên kết là
987, 6.(100 100) 197520 N 197,52 kN
r
R =+==

Đáp số
Cường độ thiết kế của liên kết hàn là 197,52 kN.

VÍ DỤ 2.5
Một thanh thép dẹt có kích thước 12
×
100 mm
2
bằng thép M270, cấp 250 chịu kéo đúng
tâm với lực kéo có hệ số bằng 210 kN. Thanh kéo được hàn vào bản nút có chiều dày 10 mm
như trong hình 2.23. Hãy thiết kế liên kết hàn.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 66



Hình 2.23 Hình cho ví dụ 2.5
Lời giải
Đối với thép cơ bản M270, cấp 250, thường dùng loại que hàn E70XX có
exx
485 MPaF =
.
Thử chọn đường hàn có kích thước tối thiểu w = 6 mm.
Khả năng chịu lực của một đơn vị chiều dài đường hàn, như đã được tính trong ví dụ 2.5,
là 987,6 N/mm.
Khả năng chịu cắt trên một đơn vị chiều dài của thanh nối mỏng hơn (bản nút) là
.(0,58 ) 1, 0.0,58.10.250 1450 N/mm
vn v y
RtF

φ φ
== =

→ Cường độ đường hàn là quyết định.
Chiều dài đường hàn cần thiết là
3
210.10
213 mm
987, 6
L ==

thoả mãn yêu cầu về chiều dài tối thiểu của đường hàn là 4w = 24 mm và 40 mm.
Đáp số
Vậy, sử dụng hai đường hàn song song bằng nhau, mỗi đường hàn dài 110 mm.
2.5.3 Liên kết hàn lệch tâm chỉ chịu cắt
Liên kết hàn lệch tâm được phân tích, về cơ bản, giống như cách thức đã áp dụng cho
liên kết bu lông, ngoại trừ chiều dài đơn vị của đường hàn sẽ thay thế cho các bu lông riêng biệt
trong tính toán. Cũng như trong liên kết bu lông lệch tâm chịu cắt, liên kết hàn chịu cắt có thể
được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích đàn hồi hoặc phương pháp cường độ giới hạn.
Phần sau đây trình bày cách tính liên kết bu lông lệch tâm bằ
ng phân tích đàn hồi. Cách tính
toán theo phân tích cường độ giới hạn có thể tham khảo tài liệu [5].
Phân tích đàn hồi
Tải trọng tác dụng lên công son trong hình 2.24a có thể được coi là tác dụng trong mặt
phẳng đường hàn – nghĩa là mặt phẳng hữu hiệu (có chiều rộng nhỏ nhất). Chấp nhận giả thiết
này, tải trọng sẽ được chịu bởi diện tích của đường hàn như miêu tả trong hình 2.23b. Tuy
nhiên, việc tính toán sẽ được đơn giản hoá nếu sử dụng chiều dày mặt cắt hữu hiệu của đường
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 67

hàn bằng đơn vị. Như vậy, tải trọng được tính toán có thể nhân với 0,707w (w là chiều dày của
mối hàn) để có được tải trọng thực tế.
Một lực lệch tâm trong mặt phẳng đường hàn gây ra cả cắt trực tiếp và cắt xoắn. Vì tất
cả các phần tử của đường hàn tham gia chịu cắt như nhau nên ứng suất cắt trực tiếp là
1
P
f
L
=

với L là tổng chiều dài các đường hàn và bằng diện tích chịu lực cắt vì ở đây, đã sử
dụng chiều dày có hiệu của đường hàn bằng đơn vị. Nếu sử dụng các thành phần vuông góc thì
1
x
x
P
f
L
=
và
1
y
y
P
f
L
=

trong đó P

x
và P
y
là các thành phần của lực tác dụng theo trục x và trục y. Ứng suất cắt
do mô men sinh ra có thể được tính bằng công thức tính xoắn
2
Md
f
J
=

trong đó
d khoảng cách từ trọng tâm của diện tích chịu cắt đến điểm cần tính ứng suất
J mô men quán tính cực của diện tích này

Hình 2.24 Đường hàn góc chịu lực lệch tâm

Hình 2.25 biểu diễn ứng suất này tại góc trên cùng bên phải của đường hàn đã cho. Biểu
diễn theo các thành phần vuông góc
2 x
My
f
J
=
và
2 y
Mx
f
J
=

trong đó,
xy
J II=+
, với I
x
và I
y
là mô men quán tính của diện tích cắt đối với hai trục
vuông góc.
Nếu đã biết tất cả các thành phần vuông góc thì có thể cộng véc tơ để xác định hợp ứng
suất cắt tại điểm cần tính toán
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 68



()
( )
nyxv
Rfff
φ
≤+=
∑∑
22
(2.25)

Hình 2.25 Ứng suất đường hàn tại điểm xa trọng tâm nhất
VÍ DỤ 2.6
Hãy xác định kích thước đường hàn cần thiết cho liên kết tấm công son vào cột như

trong hình 2.26. Tải trọng có hệ số bằng 260 kN. Tấm công son làm bằng thép M270 cấp 250,
cột chữ I làm bằng thép M270 cấp 345. Sử dụng que hàn E70XX có cường độ
exx
485 MPaF =
.

Hình 2.26 Hình cho ví dụ 2.6

Lời giải
Lực tác dụng lệch tâm có thể được thay thế bằng một lực và một mô men như trong
hình 2.26. Trước hết, tính toán với chiều cao đường hàn bằng đơn vị. Ứng suất cắt trực tiếp,
tính bằng N/mm, là như nhau trên toàn bộ diện tích đường hàn và bằng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -