Tài liệu Các Loại Liên Kết Trong Kết Cấu Thép pdf

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
1

CHƯƠNG II
LIÊN KẾT DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP

§1. KHÁI NIỆM CHUNG
Từ thép bản, thép hình nhờ có liên kết mới tạo thành kết cấu thép.
Liên kết hàn
- Phổ biến nhất, tiết kiệm được công chế tạo (bản mắt, bản nối), giảm trọng lượng
thép, giảm thời gian (khoan, đột).
- Tạo được liên kết kín.
- Nhược điểm : cần thợ có tay nghề, thiết bò hàn, có độ cứng lớn, quá trình hàn tạo ra
nội ứng suất, khó kiểm tra chất lượng đường hàn.
Liên kết bu-lông
- Thi công đơn giản, thuận tiện khi dựng lắp các kết cấu trên cao.
- Có thể tháo lắp dễ dàng, dùng trong công trình tạm thời, lắp tạm các kết cấu.
- Bu-lông cường độ cao : có thể tạo lực kéo trước lớn trong thân bu-lông, dựng lắp
nhanh vừa chòu tải trọng nặng, tải trọng động như liên kết đinh tán.
Liên kết đinh tán
- Độ dai lớn, chòu lực động tốt.
- Thi công phức tạp, tốn nhiều công chế tạo và tốn phí vật liệu do khoét lỗ thép cơ
bản và tốn thép chế tạo đinh.

§2. LIÊN KẾT HÀN
2.1 Phương pháp hàn
Các phương pháp: hàn tay (SMAW), hàn tự động (SAW), hàn nửa tự động (GMAW),
hàn hơi, hàn tiếp xúc.
a. Hàn tay hồ quang
1) Nguyên tắc hàn

Sơ đồ hàn tay được trình bày trên hình (H. 2-1).
Dùng rộng rãi và phổ biến nhất vì : đơn giản, có thể hàn bất kỳ loại đường hàn nào ở những vò
trí khác nhau. So với hàn tự động, hàn tay có năng suất thấp, độ sâu rãnh hàn nhỏ.


ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
2

thép cơ bản
rãnh hàn
que hàn
nguồn
điện
tay cầm
que hàn
rãnh hàn
hồ quang

Hình H. 2–1: Sơ đồ hàn tay hồ quang.
2) Que hàn
Que hàn gồm lõi thép và lớp thuốc bọc chung quanh. Lõi thép có thành phần hóa học và cơ lý
tính thép cơ bản.
Lớp thuốc bọc que hàn :
• tạo xỉ để đường hàn nguội chậm cho đường hàn bớt dòn và bọt khí hòa lẫn vào rãnh
hàn kòp thoát ra ngoài.
• ngăn bớt hồ quang tiếp xúc với không khí để tập trung nhiệt làm nóng chảy kim loại
và giảm bớt bọt khí hòa tan vào rãnh hàn.
• tạo thêm ion để hồ quang được liên tục.
b. Hàn nửa tự động và tự động
Hàn nửa tự động: hàn với khí trơ (CO

2
, Ar
2
, He
2
) thay thuốc hàn, dùng dây hàn cuộn.
Hàn tự động: được tiến hành dưới lớp thuốc hàn.
rãnh hàn
thép cơ bản
xỉ
không khí
thuốc hàn
que hàn trần
hồ quang


Hình H. 2–2: Hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc hàn.
c. Các phương pháp hàn khác
1. Hàn khí oxy - axetylen
2. Hàn tiếp xúc
Thường dùng nối đối đầu các thép tròn trong bê-tông cốt thép và dùng hàn điểm các tấm thép
bản. Sơ đồ hàn tiếp xúc trình bày trên hình (H. 2-3).

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
3

biến thế
cực điện
thép bản

Hình H. 2–3: Sơ đồ hàn tiếp xúc
d. Kiểm tra chất lượng đường hàn
- Trước khi hàn
+ trình độ tay nghề thợ hàn.
+ kiểm tra số hiệu que hàn.
+ kiểm tra thép cơ bản, ghép đúng, máy hàn, an toàn lao động.
- Trong khi hàn
+ đảm bảo đúng trình tự hàn.
- Sau khi hàn
+ đường hàn phải đủ kích thước thiết kế, không bò rỗ, không bò cháy.
+ kiểm tra sâu bên trong đường hàn thử : thuốc thử PT, từ tính MT, siêu âm UT, tia
phóng xạ RT (tia γ, tia X).
e. Cường độ đường hàn
Cường độ tính toán đường hàn phụ thuộc vào loại đường hàn, trạng thái ứng suất, số hiệu que
hàn, số hiệu thép cơ bản, phương pháp hàn và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn.
Cường độ đường hàn được trình bày trong TCXDVN 336 : 2006 Bảng 7.
Theo cấu tạo có thể chia ra đường hàn đối đầu và đường hàn góc.
2.2. ĐƯỜNG HÀN ĐỐI ĐẦU
a. Cấu tạo và sự làm việc
Đem hai tấm thép đặt trên cùng một mặt phẳng với một khoảng cách nhất đònh, hàn lại
với nhau tạo thành đường hàn đối đầu (H. 2-4).

Hình H. 2 –4: Các loại đường hàn đối đầu


ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
4

b
b

b
M
(c)
M
σ
h
τ
h
(b)
N
(a)
N
σ
h
N
N
σ
h


Hình H. 2–5 : Đường hàn đối đầu

a. Đường hàn đối đầu thẳng góc với phương chòu lực
b. Đường hàn đối đầu xiên góc với phương chòu lực
c. Đường hàn đối đầu chòu momen
Đặc điểm đường hàn đối đầu :
• Tránh được hiện tượng tập trung ứng suất, không tốn thép làm bản ghép.
• Đối với δ ≥ 8mm (hàn tay) cần phải gia công mép thép cơ bản ở rãnh hàn, do đó tốn
thêm công chế tạo. Tùy theo độ dày của thép cơ bản và phương pháp hàn mà gia công
mép thép cơ bản theo hình chữ V, U, X, K.

• Tránh phía dưới đường hàn bò khuyết : cần đặt đường hàn trên lớp thuốc hàn (H. II-9a),
hoặc trên tấm đệm bằng đồng (H. II-9b), hoặc trên tấm đệm bằng thép (H. II-9c), khi
hàn tay nên hàn ở cả hai phía (H. II-9d).
b. Tính mối hàn đối đầu
a) Khi chòu lực dọc trục N:
b
N
l
h
δ δ
σ
h
N
NN
δ

Công thức kiểm tra mối hàn đối đầu khi chòu lực trục như sau:
N
k
≤ δ
w
l
w
f
w
γ
c

(II-1)

trong đó: N - lực dọc (N
k
: kéo, N
n
: nén) tác dụng vào liên kết
δ
w
- chiều dày mối hàn, lấy bằng chiều dày thép cơ bản
l
w
- chiều dài mối hàn đối đầu.

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
5

δ
h
=
δδ
h
=
δ
1
δ
1
δ
2
δ

Trường hợp không có máng dẫn : trừ bớt mỗi đầu δ
w
, lúc đó l
w
= b – 2δ
w
(b : chiều rộng thép
cơ bản). Trường hợp có máng dẫn : l
w
= b.
f
w
- cường độ chòu kéo, nén của mối hàn đối đầu (xem Bảng 7-TCXDVN 338:2005)
γ
c
- hệ số điều kiện làm việc

B¶ng 7 – C−êng ®é tÝnh to¸n cđa mèi hµn

D¹ng liªn kÕt Tr¹ng th¸i lµm viƯc Ký hiƯu C−êng ®é tÝnh to¸n
Theo giíi h¹n ch¶y
f
w
f
w
= f
NÐn, kÐo vµ n khi kiĨm tra
chÊt l−ỵng ®−êng hµn b»ng c¸c
ph−¬ng ph¸p vËt lý

Theo søc bỊn
kÐo
®øt
f
wu
f
wu
= f
t

KÐo vµ n
f
w
f
w
= 0,85 f
Hµn ®èi ®Çu
Tr−ỵt
f
wv
f
wv
= f
v
Theo kim lo¹i mèi hµn
f
wf
f
wf
=0,55 f

wun
/
γ
M
Hµn gãc C¾t (qui −íc)
Theo kim lo¹i ë biªn nãng ch¶y
f
ws
f
ws
= 0,45 f
u
Ghi chó: 1. f vµ f
v
lµ c−êng ®é tÝnh to¸n chÞu kÐo vµ c¾t cđa thÐp ®−ỵc hµn; f
u
vµ f
wun
lµ øng st kÐo ®øt tøc thêi theo tiªu chn s¶n
phÈm (c−êng ®é kÐo ®øt tiªu chn) cđa thÐp ®−ỵc hµn vµ cđa kim lo¹i hµn.
2. HƯ sè ®é tin cËy vỊ c−êng ®é cđa mèi hµn
γ
M
lÊy b»ng 1,25 khi f
wun
≤ 490 N/mm
2
vµ b»ng 1,35 khi f
wu n
≥

590 N/mm
2
.


B¶ng 8 – C−êng ®é kÐo ®øt tiªu chn
f
wun
vµ c−êng ®é tÝnh to¸n
f
w f


cđa kim lo¹i hµn trong mèi hµn gãc

§¬n vÞ tÝnh : N/mm
2

Lo¹i que hµn theo TCVN 3223 : 1994
C−êng ®é kÐo ®øt tiªu chn
f
wun

C−êng ®é tÝnh to¸n
f
wf

N42, N42 – 6B 410 180
N46, N46 – 6B 450 200
N50, N50 – 6B 490 215

Nếu công thức
(II-1)
không thỏa mãn, cần tăng chiều dài đường hàn bằng cách dùng
đường hàn xiên góc với phương chòu lực
(H. II-5)
. Nếu dùng độ nghiêng 2:1 thì không cần
kiểm tra lại khả năng chòu lực của mối hàn.
Nếu dùng độ nghiêng nhỏ hơn cần kiểm tra theo các công thức sau:
•
Theo phương thẳng góc với đường hàn (ứng suất kéo):

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
6


σ
w
= N sin
α
/
δ
w
l
w

≤

γ
c

f
w

(II-2)

•
Theo phương dọc của đường hàn (ứng suất cắt):

τ
w
= N cos
α
/
δ
w
l
w

≤

γ
c

f
wv

(II-3)

vớiù: N,

δ
w
,
γ
c
, f
w
- giống như công thức (II-1)
l
w
- chiều dài đường hàn xiên góc (H. II-5)
f
wv
- cường độ chòu cắt của đường hàn, (xem Bảng 7-TCXDVN 338 : 2005)
δ
τ
h
N
l
h
δ
σ
h
N

b) Khi chòu moment và lực cắt (H. II-8c):
b
Q
M
Q

l
h
δ δ
M

Ứng suất trong mối hàn do moment gây ra:

σ
w
= M / W
w

Ứng suất trong mối hàn do lực cắt sinh ra (tính gần đúng):

τ
w
= Q /
δ
w
l
w

Kiểm tra mối hàn theo công thức :

σ
=
√
(
σ
2

w
+ 3
τ
2
w
)
≤

γ
c
f
w
(II-4)
trong đó:
δ
h
, l
h
,
γ
c
, f
w
- giống như công thức (II-1)
W
w
- moment chống uốn của mối hàn, W
w
=
δ

w
l
2
w
/ 6.
2.3. Đường hàn góc
a. Cấu tạo và sự làm việc
Đường hàn đặt vào góc của hai thép cơ bản gọi là đường hàn góc, chia ra: đường hàn
đầu (thẳng góc với phương truyền lực) và đường hàn mép (song song với phương truyền lực).

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
7

δ
δ
N
min 5
δ
N N
min 5
δ
N
δ
NN
a
N
min 5
δ
N
AA

Đøng hàn góc đầu
BB
N

Hình II –10: Đường hàn đầu
N
Phân bố ứng suất
dọc theo đường hàn
A
A
B
B
N
Ứng suất trong thép cơ bản

Hình II –11: Đường hàn mép
•
Do phương truyền lực qua mối hàn bò thay đổi, bò dồn ép lại, có hiện tượng tập trung
ứng suất, bò phá hoại dòn (
ε
= 4
÷
6%).
•
Phá hoại cắt theo một trong hai tiết diện dọc đhàn hoặc theo biên nóng chảy của TCB.
•
Do trạng thái chòu lực phức tạp của đường hàn góc (kéo, cắt ...) nên quy phạm quy đònh
dùng : cường độ đường hàn góc theo kim loại mối hàn có ký hiệu f
wf
(f

wf
= 0.55 f
wun
/
γ
M
), cường độ đường hàn góc theo biên nóng chảy có ký hiệu f
ws
(f
ws
= 0.45 f
u
).
•
Ứng suất phân bố dọc theo đường hàn mép không đều, hai đầu lớn, ở giữa nhỏ (H. II-
11). Nếu L
w
quá dài, ứng suất ở hai đầu đạt đến cường độ giới hạn nhưng ở giữa ứng
suất vẫn còn rất nhỏ, do vậy QP quy đònh chiều dài đường hàn mép l
w

≤
60 h
w
.
•
Tốn thép bản ghép, không tốn công gia công mép. Để giảm bớt kích thước bản ghép
ta thường dùng đường hàn vòng quanh (H. II-12) và để tránh hiện tượng tập trung
ứng suất, góc bản ghép thường bò cắt bỏ.
N

N
N
N

Hình II –12: Đường hàn vòng quanh

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07)
8

Liên kết hàn hỗn hợp (H. II-13) gồm đhàn đối đầu với đhàn góc có thêm bản ghép.
N
N
N
N
N N


Hình II –13: Liên kết hàn hỗn hợp
b.. Các cách phân loại đường hàn khác
- Theo vò trí trong không gian chia ra : nằm, đứng, ngang, ngược (H. II-14).
Đường hàn nằm Đường hàn ngang
Đường hàn đứng Đường hàn ngược


Hình II –14: Phân loại đường hàn theo vò trí trong không gian
- Đường hàn liên tục và đường hàn gián đoạn.
- Đường hàn nhà máy và đường hàn công trường.
c. Tính đường hàn góc
Chiều dày mối hàn góc (
δ

f
) lấy gần đúng bằng chiều cao tam giác vuông của tiết diện
đường hàn. Khi hàn tay, tiết diện đường hàn góc là tam giác vuông cân cho nên
δ
f
= 0,7 h
f
(H.
II-15a). Để giảm bớt ứng suất tập trung ta dùng đường hàn dốc thoải (H. II-15b), trường hợp
này lấy gần đúng
δ
f
= 0,7h
f
, trường hợp hàn tự động, rãnh hàn chảy sâu nên
δ
f
= h
f
(H. II-15c).