Nghiên cứu biện pháp để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------------------------------------------

BÙI VĂN KHOẢN

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP ĐỂ GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG
KHI HÀN DẦM CHỮ I

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ HÀN

Hà Nội – Năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------------------------------------------

BÙI VĂN KHOẢN

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP ĐỂ GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG
KHI HÀN DẦM CHỮ I

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TIẾN DƯƠNG

Hà Nội – Năm 2011


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào
hiện đang sử dụng và các công trình đã được công bố (ngoại trừ các bảng biểu
số liệu tham khảo và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và
nghiên cứu được phép sử dụng).
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình.
Hà Nội, tháng 9 năm 2011
Tác giả

Bùi Văn Khoản

3


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình tới TS Nguyễn
Tiến Dương, người đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định
hướng nghiên cứu, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào
tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo khoa cơ khí trường ĐH Sư Phạm Kỹ
Thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành phần thực nghiệm của luận
văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai

sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các
nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 9 năm 2011
Tác giả

Bùi Văn Khoản

4


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 3
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 4
MỤC LỤC…………………………………………..…………………………..5
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ............................................. 7
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................... 8
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................. 10
1. Lý do chọn đề tài:............................................................................................ 10
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.............. 11
2.1. Mục đích nghiên cứu.................................................................................... 11
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 11
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả............................... 11
4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 12
Chương I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 13
1.1. Tổng quan về các loại dầm hàn.................................................................... 13
1.2 Ứng dụng của dầm hàn chữ I: ....................................................................... 17
1.3.2 Tính công nghệ:.......................................................................................... 20
Chương 2: KẾT CẤU, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO DẦM CHỮ I 23
2.1 Kết cấu của dầm hàn chữ I:........................................................................... 23
2.2.Vật liệu chế tạo dầm chữ I: ........................................................................... 27

2.3. Phương pháp hàn dầm chữ I: ....................................................................... 32
2.4.Các phương án hàn dầm I. ............................................................................ 34
2.5. Chế độ hàn cho kết cấu dầm chữ I ............................................................... 39
2.5.1.Tổng quan về cách tính toán chế độ hàn TĐ và BTĐ: .............................. 39
2.5.2. Chế độ hàn cho các mối hàn của dầm:...................................................... 46
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN KẾT CẤU
DẦM CHỮ I ....................................................................................................... 54
3.1. Các thành phần ứng suất và biến dạng trong kết cấu dầm chữ I: ................ 55
3.1.1.Biến dạng theo truc X: ............................................................................... 55
3.1.2.Biến dạng theo truc Y: ............................................................................... 55
3.1.3.Biến dạng theo truc Z:................................................................................ 56
3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng.......................................... 56
3.2.1. Ứng suất và biến dạng do co dọc đối với mối hàn giáp mối: ................... 56
3.2.2. Ứng suất và biến dạng ngang do co dọc gây ra trong mối hàn giáp mối.. 57
5


3.2.3. Ứng suất và biến dạng do co ngang trong liên kết hàn giáp mối: ............ 62
3.2.4.Ứng suất và biến dạng trong liên kết hàn góc:........................................... 74
3.3.Tính toán ứng suất và biến dạng hàn trong kết cấu dầm chữ I: .................... 77
3.3.1. Xác định ứng suất và biến dạng khi hàn nối bản bụng và bản cánh:........ 77
3.3.2. Xác định ứng suất và biến dạng toàn phần trong kết cấu hàn dầm chữ I: 81
3.3.2. Xác định nội lực và ứng suất phản kháng................................................. 84
3.3.3. Xác định ứng suất uốn và độ võng............................................................ 84
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MÔ PHỎNG TRƯỜNG
NHIỆT, ƯS&BD HÀN KẾT CẤU DẦM HỘP ................................................. 88
4.1. Phương pháp mô phỏng dầm hàn: ............................................................... 88
4.1.1. Ứng dụng của phần mền ANSYS trong hàn:............................................ 88
4.1.2. Xây dựng sơ đồ tính toán cho kết cấu:...................................................... 89
4.2. Kết mô phỏng quả dầm hàn: ....................................................................... 91

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆN ĐO BIẾN DẠNG HÀN............ 94
5.1. Mẫu hàn thử.............................................................................................. 94
5.2. Thiết bị và vật liệu hàn. ............................................................................ 94
5.2.1. Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc: ................................................. 94
5.2.2. Vật liệu hàn........................................................................................ 95
5.3. Chế độ hàn các mẫu thử như bảng 1 ........................................................ 97
5.4. Sơ đồ đo biến dạng ................................................................................... 97
5.4.1. Sơ đồ đo biến dạng của dầm.............................................................. 98
5.5.Trình tự tiến hành thực nghiệm đo biến dạng ........................................... 99
5.5.1. Hàn các mẫu thử: ............................................................................... 99
5.5.2. Chuẩn bị phôi chế tạo dầm. ............................................................. 100
5.5.3. Gá đính, hàn, đo biến dạng. ............................................................. 100
5.6.Kết quả đo biến dạng............................................................................... 105
5.6.1.Mẫu dầm D1. ..................................................................................... 105
5.6.2.Mẫu dầm D2. ..................................................................................... 106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 108
1. Kết luận ..................................................................................................... 108
2. Kiến nghị ................................................................................................... 109
TÓM TĂT LUẬN VĂN ................................................................................... 111
PHỤ LỤC 1:...................................................................................................... 115
PHỤ LỤC 2:..................................................................................................... 126
6


CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu
Đơn vị
Nội dung
b

[mm]

Kích thước các vùng tính toán

δ

[mm]

Chiều dày vật liệu

h

[mm]

Kích thước các chi tiết

F

[mm2]

Diện tích tiết diện

P

[N]

J

[mm]

Mô men quán tính

б

[N/m2]

Ứng suất pháp

τ

[N/m2]

Ứng suất tiếp

E

[N/m2]

Mô đun đàn hồi

γ

[g/cm3]

Khối lượng riêng

µ

Lực tác dụng

Hệ số Possion

YA

[mm]

Chuyển vị

F

[mm2]

Diện tích

V

[mm3]

Thể tích

m

[kg]

Khối lượng

δ

[%]

Độ dãn dài tương đối

ak

[kp.m/cm2]

M

(Nm)

k

mm

Cạnh mối hàn

Ih

(A)

Cường độ dòng điện hàn

Uh

(V)

Điện áp hàn

Vh

(mm/p)

Tốc độ/ vận tốc hàn

qđ

(cal/s)

Năng lượng đường

Độ dai va đập
Mômen

7


HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các loại dầm có biên dạng không thay đổi..................................... 14
Hình 1.2. Một loại dầm có biên dạng thay đổi trong thực tế sản xuất ........... 15
Hình 1.3-1.5.Ứng dụng của dầm…………………………………………………17-18
Hình 1.6. Hình ảnh của dầm đúc .................................................................... 18
Hình 1.7. Ảnh dầm I chế tạo bằng hàn ........................................................... 19
Hình 1.8. Hình ảnh dầm I trong kết cấu cầu trục ........................................... 19
Hình 1.9. Hình ảnh thiết bị và đồ gá hàn dầm................................................ 20
Hình 2.1. Các kích thước của dầm.................................................................. 24
Hình 2.2. Bản cánh của dầm........................................................................... 25
Hình 2.3. Bản vách của dầm ........................................................................... 25
Hình 2.4-2.5. Gân tăng cứng .......................................................................... 26
Hình 2.6. Gân tăng cứng ngang của dầm ....................................................... 27
Hình 2.7. Nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc............................................ 33

Hình 2.8. Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc ............................................... 34
Hình 2.9. Phương án thứ nhất hàn dầm chữ I ................................................ 34
Hình 2.10. Phương án thứ hai khi hàn dầm chữ I .......................................... 37
Hình 2.11. Phương án hàn dầm thứ ba .......................................................... 37
Hình 2.12. Kích thước mối hàn giáp mối không vát mép, không khe hở ....... 39
Hình 2.13. Sơ đồ tính toán kích thước mối hàn .............................................. 40
Hnh 2.14. Kích thước mối hàn giáp mối vát mép có khe hở........................... 41
Hình 2.15. Kích thước mối hàn giáp mối vát mép có khe hở.......................... 43
Hình 2.16 Kích thước mối hàn góc trong không vát mép, hàn một lớp.......... 44
Hình 2.17. Sơ đồ tính toán chiều cao toàn bộ kim loại đắp khi
hàn nhiều lớp ................................................................................................. 45
Hình 2.18. Sơ đồ tính toán mối hàn chính ...................................................... 51
Hình 2.19 Kích thước mối hàn góc trong không vát mép, hàn một lớp.......... 52
Hình 3.1. Biến dạng theo trục X...................................................................... 56
8


Hình 3.2. Biến dạng khi hai tấm có chiều rộng bằng nhau ............................ 57
Hình 3.3. Hiện tượng uốn ngang trong tấm hàn............................................. 59
Hình 3.4. Đường cong mỗi tấm sau khi cắt .................................................... 59
Hình 3.5. Chuyển vị khi nắn thẳng.................................................................. 62
Hình 3.6. Biến dạng góc khi hàn..................................................................... 63
Hình 3.7. Sơ đồ tính toán biến dạng góc bằng lý thuyết................................. 65
Hình 3.8. Sự phân bố nguồn nhiệt trong vật dày ............................................ 69
Hình 3.9. Sự phản kháng quay tự do của các tấm .......................................... 71
Hình 3.10. Sơ đồ tính toán biến dạng góc ...................................................... 71
Hình 3.11. Tạo biến dạng ngược trước khi hàn.............................................. 74
Hình 3.12. Vùng ứng suất tác động khi hàn góc............................................. 74
Hình 3.13. Độ võng dư khi hàn mối hàn góc .................................................. 77
Hình 3.14: Biểu thị vùng ứng suất biến dạng ................................................. 83

Hình 3.15. Sơ đồ xác định nội lực và ứng suất ............................................... 85
Hình 4.1.Bản vẽ chi tiết hàn............................................................................ 90
Hình 4.2.Hình các liên kết hàn ....................................................................... 92
Hình 4.3. Ảnh mô phỏng quá trình chạy ANSYS............................................. 93
Hình 5.1: Nguồn điện hàn hồ quang TĐ sử dụng hàn mẫu thử ..................... 95
Hình 5.2: Nguồn điện hàn hồ quang TĐ sử dụng hàn mẫu thử ..................... 96
Hình 5..3. Sơ đồ đo co dọc .............................................................................. 99
Hình 5.5: Gá đính dầm................................................................................... 102
Hình 5..4: Các mẫu thử kiểm tra chế độ hàn.................................................. 101
Hình 5.5. Đo độ võng và co dọc trước khi hàn mối hàn 1&2......................... 101
Hình 5.6: Hàn đồng thời hai mối hàn 1&2..................................................... 103
Hình 5.7: Đo độ võng, co dọc của dầm sau khi hàn mối hàn 3&4................. 104

9


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trong nền sản xuất cơ khí, ngành Hàn đã và đang đóng một vai trò đặc biệt
quan trọng. Tại một số lĩnh vực như: Đóng tàu, sản xuất kết cấu thép, sản xuất ô
tô, …. không thể thiếu hàn vì nó chiếm một khối lượng rất lớn trong tổng công
việc cần hoàn thành. Hiện nay ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra
đời của các phương pháp hàn mới, các thiết bị ngày càng hiện đại nhằm giải
phóng sức lao động và đem đến cho con người những sản phẩm mới với chất
lượng ngày càng có tính ưu việt.
Trong sản xuất cơ khí nói chung khi thiết bị được cải tiến thì chất lượng sản
phẩm cũng được cải thiện rất nhiều, riêng trong sản xuất hàn thì thiết bị không
quyết định được nhiều về chất lượng sản phẩm. Nhân tố ảnh hưởng nhiều tới
chất lượng sản phẩm hàn là các yếu tố công nghệ hàn, rất đa dạng và phức tạp
nhất là về ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn, nó cũng là một dặc trưng

rất riêng của ngành hàn mà các nhà nghiên cứu, các chuyên viên cần quan tâm
tới. Để góp phần chia sẻ sư quan tâm trên mà tác giả chọn đề tài về lĩnh vực ứng
suất biến dạng hàn, đề tài đóng một vai trò đặc biệt quan trọng, nó giúp cho quá
trình gia công đạt chất lượng cao hơn.
Mặt khác khi nghiên cứu đề tài còn cho thấy tác dụng của đồ gá hàn
không chỉ có tác dụng định vị và kẹp chặt chi tiết trong quá trình gia công mà nó
còn có nhiệm vụ giảm ứng suất và biến dạng trong hàn, giúp nâng cao tuổi thọ
cho kết cấu khi sử dụng. Sự phong phú và đa dạng của đồ gá hàn phụ thuộc vào
quy mô sản xuất và việc ứng dụng các phương pháp hàn khác nhau, do đó có thể
sử dụng đồ gá đơn chiếc (dùng cho sản xuất nhỏ lẻ) hay đồ gá chuyên dùng
(dùng trong sản xuất hàng loạt)…
Trong sản xuất cơ khí hàn nói chung và sản xuất kết cấu thép nói riêng
nhu cầu về chế tạo các loại dầm hàn là vô cùng lớn cả về số lượng cũng như
chủng loại. Do dầm cán thường có kích thước nhỏ và độ cứng vững không cao
10


nên nó ít được sử dụng trong công nghiệp mà nhường chỗ cho các loại dầm có
khối lượng và kích thước lớn được tổ hợp hay sản xuất bằng phương pháp hàn.
Chất lượng của các tổ hợp dầm hàn thường phụ thuộc rất lớn vào hệ
thống hàn. Hiện nay, trong sản xuất tại các doanh nghiệp đã xuất hiện rất nhiều
máy hàn hiện đại, nguồn hàn là vấn đề dễ dàng xử lý còn lại vấn đề ứng suất
biến dạng khi hàn là vô cùng phức tạp và khó kiểm soát.
Xuất phát từ tính cấp thiết và yêu cầu nêu trên, tác giả tiến hành chọn đề
tài:
“Nghiên cứu biện Pháp để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ I”
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ứng suất biến dạng hàn khi hàn dầm hàn chữ I.
Nghiên cứu thực nghiệm ứng suất và biến dạng trong quá trình sản xuất dầm hàn

chữ I.
Đưa ra biện pháp làm giảm ứng suất viến dạng phù hợp với điều kiện thực tế của
các doanh nghiệp, đảm bảo chất lượng khi chế tạo dầm hàn chữ I.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
- Ứng suất biến dạng hàn khi hàn dầm hàn chữ I.
- Biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ I.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dựa vào quá trình nghiên cứu ứng suất
và biến dạng hàn dầm chữ I, thực nghiệm nghiên cứu ứng suất biến dạng khi hàn
dầm chữ I, từ đó đưa ra biện pháp phù hợp để làm giảm ứng suất và biến dạng
trong quá trình hàn.
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Toàn bộ nội dung nghiên cứu được thể hiện trong các phần sau đây:
- Nghiên cứu tổng quan về dầm chữ I.
- Nghiên cứu vật liệu chế tạo dầm hàn.
11


- Kết cấu chung của dầm hàn.
- Xây dựng chế độ hàn dầm.
- Nghiên cứu thực nghiệm đo ứng suất và biến dạng hàn dầm.
- Mô phỏng trường nhiệt, ứng suất và biến dạng trên phần mềm ansyt.
- Các biện pháp giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm.
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành
sẽ có những đóng góp đáng kể cho các doanh nghiệp và nhà sản xuất kết cấu
thép.
Ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với quá trình thực
nghiệm tại các cơ sở sản xuất, luận văn đưa ra được ứng suất và biến dạng khi
hàn dầm chữ I.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào

việc nâng cao chất lượng của sản phẩm dầm hàn chữ I tại các doanh nghiệp, rút
ngắn đáng kể về thời gian và các công đoạn trong quá trình sản xuất.
Làm cơ sở cho việc nghiên cứu, tính toán ứng suất và biến dạng hàn cho
các sản phẩm cơ khí khác.
Đạt được năng suất cao nhất khi sản xuất dầm chữ I nhưng vẫn đảm bảo
chất lượng của sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết;
- Tiến hành thực nghiệm tại xưởng thực tập của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
Hưng Yên.
- Mô phỏng ứng suất và biến dạng khi hàn dầm trên phần mềm ansyt.

12


Chương I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về các loại dầm hàn
Trong nền sản xuất cơ khí, sản lượng sản xuất bằng công nghệ hàn hoặc liên
quan đến hàn chiếm một tỷ trọng rất lớn. Công nghệ hàn đã và đang đóng một
vai trò đặc biệt quan trọng trong ngành sản xuất cơ khí. Tại một số ngành, có thể
nói công nghệ hàn là không thể thiếu vì nó chiếm khối lượng rất lớn. Điển hình
là các ngành công nghiệp như: Đóng tàu, Ôtô, Xây dựng…, Dầm là loại cấu
kiện cơ bản trong kết cấu xây dựng.Về mặt chịu lực thì dầm chủ yếu chịu uốn.
Ưu điểm nổi bật của dầm thép là cấu tạo rất đơn giản,chi phí cho chế tạo dầm
không lớn, do đó dầm được sử dụng rất phổ biến.
Với loại kết cấu nhịp lớn như sân vận động,hănga máy bay,nhà thi đấu thì chỉ có

dầm thép mới đáp ứng được.Bằng chứng là đã có rất nhiều công trình như nhà
thi đấu, hănga máy bay sử dụng dầm thép đã được xây dựng ở nước ta cũng như
nhiều nơi khác trên khắp thế giới.
So với các loại dầm khác như dầm bê tông cốt thép thì để vượt được các nhịp lớn
, dầm thép cũng tốt hơn cả vì nó vừa có khối lượng bản thân nhẹ, vừa có khả
năng chịu lực lớn, Do đó khi vượt nhịp lớn thì chiều cao dầm thép sẽ không quá
lớn,tạo không gian sử dụng lớn, không ảnh hưởng đến công năng của ngôi nhà.
Với cách sử dụng tiết diện dầm thép thì việc thi công sẽ đơn giản hơn,thời gian
thi công nhanh ( vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lông)công
trình nhanh chóng được đưa vào sử dụng.
Ngày nay, với xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật thì kết cấu thép ngày
càng được nghiên cứu,phát triển, hoàn thiện hơn, sử dụng ngày càng rộng rãi
hơn trong nhiều công trình khác nhau từ những công trình nhỏ như nhà ở, nhà
máy, xí nghiệp cho đến các công trình đòi hỏi vượt nhịp lớn như nhà thi đấu, sân
vận động, hănga máy bay,… Dầm thép có rất nhiều loại tiết diện khác nhau như
13


dầm hình ( chữ I, C,hình tròn),dầm tổ hợp, dầm hộp,dầm có sườn lượn sóng,…
Mỗi loại dầm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó tùy thuộc các
điều kiện về loại kết cấu công trình, về giải pháp kiến trúc, thi công, điều kiện về
kinh tế kỹ thuật,…mà sử dụng các loại dàm khác nhau.Chẳng hạn với những
công trình cần vựot nhịp nhỏ ( thường là < 6m) thì có thể sử dụng dầm thép
hình, với những công trình lớn hơn ( < 18 m) thì có thể sử dụng loại dầm tổ hợp,
với những công trình vượt nhịp > 36 m thì người ta có thể sử dụng dầm hộp,…
- Với dầm thép chữ I do có tiết diện đối xứng, lại có mômen chống uốn đối với
trục x-x ( xem hình vẽ 2.4) khá lớn nên rất hợp lý với những dầm chịu uốn
phẳng như dầm sàn nhà,dầm sàn công tác, dầm cầu,…

a)

b)

c)

Hình 1.1. Các loại dầm có biên dạng không đổi trong thực tế sản xuất
a) Dầm chữ T

b) Dầm chữ I

c) Dầm chữ H

*Dầm chữ U có tiết diện không đối xứng nên khi chịu uốn phẳng thì có thêm
hiện tượng xoắn do đó không phải là cấu kiện hợp lý khi chịu uốn, nhưng do do
thép hình chữ U có cánh rộng ( chịu uốn xiên tốt) và có mặt ngoài phẳng ( dễ
liên kết với các cấu kiện khác) nên thường được dùng làm xà gồ mái nhà, dầm
tường, dầm sàn khi nhịp và tải trọng bé.
Thiết kế dầm hình bao gồm các vấn đề sau:
+ Chọn tiết diện dầm hình :
+ Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn về độ bền
+ Kiểm tra tiết diện dầm về độ cứng
+ Kiểm tra độ ổn định tổng thể.
14


Do giá trị W chỉ có giới hạn xác định do đó với những dầm đòi hỏi vượt nhịp lớn
thì giá trị W rất lớn, nó vượt qua giá trị W lớn nhất trong bảng tra đã cho sẵn nên
không sử dụng được.Sự áp dụng dầm hình còn rất nhiều hạn chế trong kết cấu
nhà nhip lớn, nó chỉ được áp dụng rộng rãi trong kết cấu nhà nhịp nhỏ.
*Dầm tổ hợp: Là dầm được làm từ các bản thép hoặc từ các bản thép và các thép

hình.Nếu dùng liên kết hàn để liên kết các bộ phận của dầm thì dầm được gọi là
dầm tổ hợp hàn, tương tự như vậy nếu dùng liên kết bằng đinh tán hay bu lông
thì dầm gọi là dầm tổ hợp đinh tán hay bu lông
Dầm tổ hợp hàn gồm 3 bản thép, 2 bản đặt nằm ngang gọi là 2 cánh dầm, bản đặt
thẳng đứng gọi là bụng dầm.
Dầm tổ hợp đinh tán hoặc bulông cũng gồm 1 bản thép đặt đứng làm bụng dầm,
còn mỗi cánh dầm còn 2 thép góc( thép chữ L) gọi là 2 thép góc cánh dầm và có
thể có them 1 đến 2 bản thép được đặt nằm ngang gọi là bản phủ cánh dầm.
So với dầm đinh tán , tổ hợp đinh tán thiết kế dầm tổ hợp gồm :Chọn tiết diện
dầm, kiểm tra tiết diện dầm đã chọn về độ bền, độ cứng, độ ổn định tổng thể, cấu
tạo và tính toán chi tiết của dầm như liên kết cánh với bụng,…cụ thể như sau:
+ Chọn tiết diện dầm
+ Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài, dày

Hình 1.2. Một loại dầm có biên dạng thay đổi trong thực tế sản xuất
+ Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của dầm tổ hợp
+ Ổn định tổng thể của dầm thép
Ngoài cách tính cổ điển trên ngày nay người ta còn sử dụng phần mềm tính toán
kết cấu Midas.Kinh nghiệm thiết kế cho thấy khi nhịp và tải trọng lớn ( l > 12m,
15


q > 2000 daN/m) nếu dùng dầm tổ hợp thì hoặc là không đủ bền hoặc là độ cứng
không đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể, nếu đủ thì kết cấu sẽ nặng nề và tốn
thép.Trong trường hợp này dung dầm tổ hợp sẽ kinh tế hơn. Do đó phạm vi áp
dụng của dầm tổ hợp sẽ rộng rãi hơn.

Hình 1.3.Ứng dụng của dầm I
*Dầm hộp: Dầm hộp là dầm được tạo từ các thanh thép(bản thép)ghép lại với
nhau bằng liên kết hàn.

So với hai loại dầm trên thì dầm hộp có một số ưu nhược điểm sau:
- Có thể tạo ra những dầm có tiết diện có độ cứng cao, độ ổn định theo các
phương là như nhau.
- Có thể chịu được tải trọng lớn, có thể vượt được nhịp lớn, nhịp của nó có thể
lên tới hàng trăm mét. Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng tiết diện này để vượt
nhịp lớn.
- Việc chế tạo khó khăn.
- Việc bảo dưỡng, sơn… khó khăn.
- Việc chế tạo và gia công bằng đinh tán thường phức tạp.
* Dầm có sườn lượn song: là dầm có sườn được chế tạo theo hình lượn sóng
16


nhằm tăng cường độ ổn định cho thanh bụng đồng thời tăng độ ổn định cho dầm.
Do sườn được chế tạo theo hình lượn sóng làm mômen chống uốn của sườn
tăng, làm tăng độ cứng tổng thể của dầm.tuy nhiên do việc chế tạo sườn theo
hình lượn sóng nên việc chế tạo sẽ phức tạp hơn,công tác lien kết sườn với thanh
bụng khó khăn hơn so với dầm hình thông thường.
1.2 Ứng dụng của dầm hàn chữ I:
- Với dầm thép chữ I do có tiết diện đối xứng, lại có mômen chống uốn đối với
trục x-x ( xem hình vẽ 2.4) khá lớn nên rất hợp lý với những dầm chịu uốn
phẳng như dầm sàn nhà, dầm sàn công tác, dầm cầu,…
-Với dầm thép chữ I còn tham gia trong lĩnh vực kết cấu xây dựng, xây dựng nhà
xưởng…….

17


Hình 1.5. Hình ảnh dầm I trong kết cấu xây dựng

Hình 1.6. Hình ảnh của dầm đúc
18


Hình 1.7. Ảnh dầm I chế tạo bằng hàn

Hình 1.8. Hình ảnh dầm I trong kết cấu cầu trục

19


Hình 1.9. Hình ảnh thiết bị và đồ gá hàn dầm

1.3.Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ I:
1.3.1. Tính kinh tế:
Trong quá trình chế tạo dầm hàn chữ I, ứng suất và biến dạng hàn có vai
trò quyết định khả năng làm việc của kết cấu.
Những nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng của quá trình sản xuất như nguồn hàn,
hàn ….., chúng ta có thể khắc phục được một cách triệt để hơn còn riêng ứng suất
ong quá trình hàn rất khó khống chế được triệt để.
Vì vậy muốn đạt được năng suất và hiệu quả sản xuất cao ta phải hạn chế
tốt được ứng suất và biến dạng hàn.
Từ đó ta thấy được giá trị tiềm ẩn của việc tính toán ứng suất và biến
dạng hàn để từ đó tìm ra biện pháp khắc phục chúng. Điều này không chỉ xảy ra
tại Việt Nam mà nó còn là tình trạng chung của toàn thế giới.
1.3.2 Tính công nghệ:
20


- Sản xuất bằng công nghệ hàn là một phương pháp gia công có độ biến

dạng rất lớn. Vì vậy trong và sau khi gia công, các chi tiết hoặc kết cấu thường
bị thay đổi về cả hình dáng cũng như kích thước. Vấn đề này sẽ được giải quyết
khi ta tính toán ứng suất và biến dạng hàn để từ đó đưa ra biện pháp khắc phục.
- Bên cạnh đó, trong thực tế sản xuất, có nhiều dạng chi tiết hay kết cấu
có những đường hàn phức tạp, có biên dạng đặc biệt mà nếu đơn thuần người
công nhân dù tay nghề rất cao cũng rất khó hoặc không thực hiện được một cách
tốt nhất. Vấn đề này sẽ được giải quyết thông qua quá trình tính toán ứng suất và
biến dạng hàn để từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục như: tiết kế đồ gá hàn
giải quyết nhiệm vụ: “Luôn đưa chi tiết hàn về vị trí thuận lợi nhất” để thực
hiện công việc hàn, một số biện pháp công nghệ và kết cấu khi hàn…….
Ở Việt Nam hiện nay, hầu hết tại các Công ty, các doanh nghiệp sản xuất
kết cấu thép vẫn chưa chú trọng nhiều đến việc tính toán ứng suất và biến dạng
hàn, hầu như vẫn sử dụng mang tính thừa kế, và dập khuôn, vì vậy giá trị của
việc tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn là cần thiết. Để giải quyết vấn đề
này chúng ta rất cần có sự đầu tư nhiều hơn nữa cho việc nghiên cứu ứng suất
và biến dạng khi hàn nói chung và nghiên cứu ứng suất và biến dạng khi hàn
dầm chữ I cho các doanh nghiệp nói riêng.

21


KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Trong chương 1, tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:
1. Tổng quan về các loại dầm hàn
2. Ứng dụng của dầm hàn chữ I
3.Tính cấp thiết của đề tài
4. Từ những phân tích đó tác giả đi đến kết luận về tính cấp thiết của công việc
nghiên cứu ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ I là phù hợp với khuôn khổ
luận văn của mình.

22


Chương 2
KẾT CẤU, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO DẦM CHỮ I
2.1.Kết cấu của dầm chữ I.
2.2.Vật liệu chế tạo dầm chữ I.
2.3. Phương pháp hàn dầm chữ I.
2.4.Các phương án hàn dầm chữ I.
2.5. Chế độ hàn cho kết cấu dầm chữ I.
2.5.1.Tổng quan về cách tính toán chế độ hàn TĐ và BTĐ.
2.5.2. Chế độ hàn cho mối hàn chính của dầm.
2.1 Kết cấu của dầm hàn chữ I:
Trong công nghệ chế tạo kết cấu hàn nói chung, việc thiết kế một kết cấu
hàn cụ thể
được tính toán dựa vào các tiêu chí sau:
- Điều kiện làm việc của các kết cấu đó ( yêu cầu về khả năng chịu lực của
kết cấu, môi trường làm việc của kết cấu....) tùy vào yêu cầu chịu tải trọng mà ta
thiết kế dầm theo, diện tích tiết diện của dầm thay đổi theo tải trọng mà kết cấu
phải gánh.
- Đảm tính kinh tế, thẩm mỹ.... của kết cấu, để đảm bảo tính kinh tế và tính
thẩm mỹ của kết cấu ta phải tính toán thiết kế vừa đủ bền, chọn phương pháp
chế tạo đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, giá thành cạnh chanh.
Việc đưa ra kết cấu của dầm có sự thừa kế các công trình nghiên cứu của
một số chuyên gia hàng đầu trong và ngoài nước, kết cấu của dầm bao gồm 2
bản biên ( hay còn gọi là bản bụng ) và 1 bản vách ( hay còn gọi là bản cánh ).
Dầm ghép tổ hợp chữ I gồm:
+ Hai bản cánh
+ Một bản bụng

23


Hình 2.1. Các kích thước của dầm
• h: Chiều cao của dầm
• bc: Chiều rộng cánh
• hb: Chiều cao bụng
• δb: Chiều dầy bản bụng
• δc: Chiều dầy bản cánh
Giữa hai bản cánh và bản bụng được liên kết với nhau bằng liên kết hàn góc.
Chiều cao dầm là kích thước cơ bản của dầm tổ hợp, chính nó đánh giá khả năng
chịu lực và giá thành của dầm.
Trong quá trình chế tạo kết cấu việc tính toán và lựa chọn các kích thước
hợp lý sẽ tạo cho kết cấu sự hoàn hảo nhất đảm, bảo được các yêu cầu kỹ thuật
và kinh tế.
Thường trong quá trình chế tạo kết cấu dầm chữ I chúng ta thường phải
tính toán nhiều lần mới đảm bảo được yêu cầu về độ bền.Thông thường giữa các
lần đó thì ta phải thay đổi các kích thước của bản cánh và bụng. Tuy nhiên sự
thay đổi này vẫn phải đảm bảo các kích thứớc tối thiểu đã được quy định.
a.Bản cánh (bản biên):
Bản cánh gồm hai tấm, có thể có chiều dầy giống nhau hoặc khác nhau. Bản
24


cánh thường có chiều dầy mỏng hơn bản bụng (bản vách)

Hình 2.2. Bản cánh của dầm
Bản cánh là một bộ phận cấu thành nên dầm hàn chữ I, có vai trò liên kết
với bản bụng tạo thành khối liên kết cứng có khả năng chịu lực rất tốt.
b.Bản vách (bản bụng)

Bản bụng cũng có cấu tạo giống như bản cánh, được chế tạo từ thép tấm.
Bản chất chịu lực trong kết cấu dần I của bản bụng là tốt hơn bản cánh khi nó
chịu uốn, chính vì vậy bản bụng thường có chiều dầy lớn hơn bản cánh.

Hình 2.3. Bản vách của dầm

25