Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn chịu uốn cắt, kéo uốn sử dụng mặt bích và bu lông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRỊNH VĂN THAO

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC
CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRỊN CHỊU UỐN-CẮT,
KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KĨ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRỊNH VĂN THAO

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC
CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRỊN CHỊU UỐN-CẮT,
KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LƠNG
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ANH TUẤN

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN
Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu
chương trình cao học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, cùng với sự
quan tâm, giúp đỡ tận tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, của Khoa Xây dựng Dân
dụng & Công nghiệp cùng quý thầy cô và với sự quyết tâm của bản thân, đến nay, tôi
đã hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình.
Với lòng biết ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà
trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu, thực hiện
hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Anh
Tuấn đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tôi hoàn thành tốt luận
văn thạc sĩ.
Do thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên luận văn của tôi
không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cơ đóng góp ý kiến để luận văn
của tôi hoàn chỉnh hơn và khả năng đưa vào sử dụng thực tế hiệu quả hơn.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cơ ln mạnh
khỏe, hạnh phúc. Kính chúc Nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp
đạt được nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đến.

Đà Nẵng, ngày 19 tháng 05 năm 2019
Tác giả luận văn

Trịnh Văn Thao


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng

bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Trịnh Văn Thao


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài: ................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ......................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu: ....................................................................................... 3
5. Bố cục đề tài ........................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG THÉP TRÒN VÀ CƠ
SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................. 5
1.1. TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG THÉP TRÒN ........................... 5
1.1.1. Sơ lược về kết cấu sử dụng ống thép tròn ........................................................ 5
1.1.2. Sơ lược về mối nối liên kết ống thép tròn ........................................................ 6
1.1.2.1.Trên thế giới ................................................................................................... 6
1.1.2.2.Tại Việt Nam ................................................................................................ 12
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MỐI NỐI ................................................ 13
1.2.1. Sự làm việc của liên kết bulông và khả năng chịu lực của bulông ................ 13
1.2.1.1.Sự làm việc của liên kết bulông ................................................................... 13
1.2.1.2.Khả năng làm việc chịu ép mặt của thân bulông .......................................... 14
1.2.1.3.Sự làm việc chịu trượt .................................................................................. 15
1.2.1.4.Sự làm việc chịu kéo .................................................................................... 16
1.2.2. Một số mơ hình phá hủy ................................................................................. 17
1.2.2.1.Mơ hình phá hủy do Petersen đề xuất .......................................................... 17
1.2.2.2.Mơ hình của Seidel ....................................................................................... 19
1.2.2.3.Nghiên cứu của Schmidt-Neuper ................................................................. 19

1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................. 22
CHƯƠNG 2 : TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ
ĐƯA RA ĐÁNH GIÁ CHO TRƯỜNG HỢP TỔNG QUÁT ............................... 23
2.1. CÁC THÔNG SỐ CHUNG SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH ([5], [6], [7]) ... 23
2.1.1.Đặc trưng vật liệu sử dụng .............................................................................. 23
2.1.2.Phương pháp phân tích mơ hình ...................................................................... 24
2.1.2.1.Lắp ráp ....................................................................................................... 24
2.1.2.2.Điều kiện biên ............................................................................................... 24


2.1.2.3.Ứng lực trước cho bulơng: Phân tích trong 2 giai đoạn ............................... 24
2.1.2.4.Hệ số ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc.......................................................... 25
2.2. MÔ PHỎNG PHẦN TỬ DẠNG L ĐỂ KIỂM CHỨNG................................. 25
2.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT .......................................................... 27
2.3.1.Mô phỏng mối nối chịu uốn - cắt đồng thời ([5])............................................ 27
2.3.1.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 114.3x3.5 ................................................... 27
2.3.1.2.Trường hợp mô phỏng ống trung 267.4x6.0 ................................................ 29
2.3.1.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 406.4x12.7 ................................................. 31
2.3.2.Mô phỏng mối nối chịu kéo – uốn đồng thời ([6]) .......................................... 34
2.3.2.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 139.8x4 ...................................................... 34
2.3.2.2.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 267.4x6 ...................................................... 35
2.3.2.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 406.4x9.5.................................................... 36
2.3.3.Mô phỏng mối nối chịu kéo – xoắn đồng thời ([7]) ........................................ 37
2.3.3.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 165.2x4 ...................................................... 37
2.3.3.2.Trường hợp mô phỏng ống trung 267.4x6.0 ................................................ 38
2.3.3.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 355.6x9.5.................................................... 39
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................ 40
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐỐI CHIẾU ................................ 42
3.1. CHẾ TẠO MẪU, THIẾT BỊ VÀ THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM....................... 42
3.1.1.Thiết kế mẫu thí nghiệm .................................................................................. 42

3.1.2.Chế tạo mẫu thí nghiệm ................................................................................... 44
3.1.3.Thiết bị thí nghiệm .......................................................................................... 47
3.1.3.1.Strain gauges: ............................................................................................... 47
3.1.3.2.Cảm biến đo chuyển vị LVDT ..................................................................... 47
3.1.3.3.Máy bơm dầu ................................................................................................ 48
3.1.3.4.Kích thủy lực ................................................................................................ 48
3.1.3.5.Load cell ....................................................................................................... 49
3.1.3.6.Thước kẹp diện tử:........................................................................................ 49
3.1.4.Thiết lập, bố trí thí nghiệm .............................................................................. 49
3.1.4.1.Sơ đồ bố trí Strain gauges và Cảm biến đo chuyển vị LVDT ..................... 49
3.1.4.2.Tính tốn lực siết bu lơng ............................................................................. 51
3.1.4.3.Thiết lập thí nghiệm...................................................................................... 52


3.2. MƠ TẢ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐO ............. 58
3.2.1.Mơ tả kết quả thí nghiệm ................................................................................. 58
3.2.2.Thí nghiệm nén trượt ren bu lơng .................................................................... 63
3.2.3.Đánh giá kết quả đo ......................................................................................... 63
3.2.3.1.Đánh giá về mặt định tính ............................................................................ 63
3.2.3.2.Đánh giá về mặt định lượng ......................................................................... 63
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................ 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 78


TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP
TRÒN CHỊU UỐN-CẮT, KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LƠNG
Học viên: Trịnh Văn Thao
Mã số: 8580201

Khóa: 34

Chun ngành: Xây dựng dân dụng và cơng nghiệp
Trường Đại học Bách Khoa-ĐHĐN

Tóm tắt - Với nhiều ưu điểm vượt trội nên hiện nay, kết cấu sử dụng ống thép tròn
rỗng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại cơng trình. Một trong
những liên kết trong kết cấu ống thép tròn rỗng được sử dụng phổ biến hiện nay là liên
kết sử dụng mặt bích và bulơng.
Việc nghiên cứu về sự làm việc đồng thời của bu lơng, mặt bích và ống thép chưa
được đề cập nhiều trong các thiết kế. Do đó trong thực tế đã xảy ra những sự cố phá
hoại tại liên kết này, nhiều nguyên nhân là do chưa xét tác dụng đồng thời của tải trọng
mà chỉ xét các yếu tố tác dụng đơn thuần.
Nghiên cứu đã đưa ra những quy luật ứng xử của liên kết nối ống thép trịn sử dụng
mặt bích và bulơng trong trường hợp chịu uốn cắt đồng thời, từ đó đề xuất các thông
số hợp lý của liên kết (mối quan hệ giữa chiều dày bản mã, đường kính bulơng và
chiều dày ống thép)
Từ khóa - ống thép trịn;Mặt bích; bulơng cường độ cao; chịu uốn cắt đồng thời; chịu
kéo uốn đồng thời, chịu kéo xoắn đồng thời.
STUDYING EXPERIMENTAL WORKING OF THE TUBULAR STEEL JOINTS
USING FLANGES AND BOLTS IN THE CASE OF: CONCURRENT SHEAR
FORCE AND BENDING; CONCURRENT TENSION AND BENDING
Abstract – With many advantages, nowadays, the structure using tubular steel
structure is more and more widely used in all kinds of construction. Joints using
flanges and bolts is used most popular in tubular structure.
Survey of work at the time of Bolts, Flange and steel pipe have not been mentioned
much. so that in fact did happen the destructive incidents in this connect, many causes
is not considering the effect pf the load at the same time that just the simple effects
element.

The study outlines the behavioral rules for joints of tubular structure using flanges
and bolts in the case of concurrent shear force and bending, thereby proposing the
rational parameters of the joint (the relationship between the thickness of the flange,
the diameter of the bolt and thickness of steel tubes).
Key words – tubular steel; flanges; high strength bolt; concurrent shear force and
bending; concurrent tension and bending; concurrent tension and twisting.


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ae

Diện tích tiết diện hiệu quả của mặt bích

Cb

Hệ số lị so kéo của bulơng

Cc

Hệ số lị so nén của mặt bích

Cf

Hệ số lị so nén của mặt bích

Cw

Hệ số lị so nén của vịng đệm

DA

Bước ren của bulơng

dh

Đường kính lỗ bulơng

ds

Đường kính thân bulơng

dw

Đường kính bề mặt chịu lực ép

dwi

Đường kính trong của vịng đệm

dwo

Đường kính ngồi của vịng đệm

E

Modun đàn hồi của thép

e

Khoảng cách từ đầu mặt bích đến tâm bulông

FP

Lực dọc cho phép trong bulông

Fyf

Giới hạn chảy của vật liệu làm bản cột chia cho 1,1

Fys

Giới hạn chảy của vật liệu bản dầm chia cho 1,1

G

Khoảng cách từ tâm bulơng đến tâm mặt bích

Md

Độ bền kéo của lỗ bulơng trên 1 đơn vị độ rộng, Md  (tF2 .Fyf ) / 4

Ms

Độ bền kéo của bản thép trên 1 đơn vị độ rộng, Ms  (ts2 .Fys ) / 4

No

Lực kéo thiết kế của bulông

p

Tỷ số giữa nội lực và ngoại lực

Tf

Lực kéo ngắn hạn cho phép

Tf2

Lực kéo cho phép theo mơ hình phá hủy 2 của Petersen

Tf3

Lực kéo cho phép theo mơ hình phá hủy 3 của Petersen

Tp

Lực dọc trong bulông

Ts

Lực kéo tác dụng vào cấu kiện


Tv

Lực kéo ban đầu trong bulông

tp

Độ dày của thành ống thép

ts

Độ dày của cánh dầm

tF

Độ dày của mặt bích

tw

Độ dày của vòng đệm

ws

Độ rộng bản thép



Hệ số cân bằng

y

Giới hạn đàn hồi của bulơng

BL

Bulơng

O-THEP

Ống thép

MB

Mặt bích

OLON

Ống thép trịn lớn có đường kính ống D=406,4mm, gọi là tắt ống lớn

ONHO

Ống thép trịn nhỏ có đường kính ống D=114,3mm, gọi là tắt ống nhỏ

OTRUNG

Ống thép trịn trung có đường kính ống D=267,4mm, gọi là tắt ống
trung

CHS

Circle hollow sections

HSS

Hollow steel sections

RHS

Rectangular hollow sections


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu

Tên bảng

Trang

1.1

Hệ số điều kiện làm việc b

14

1.2

Hệ số ma sát μ và hệ số độ tin cậy b2

16

2.1

Đặc trưng vật liệu

24

2.2

Đặc trưng hình dạng của bu lơng

26

2.3

Hằng số đàn hồi và TSI, TSII

27

2.4

Bảng kích thước các mẫu ống mơ phỏng uốn – cắt

27

2.5

Bảng kích thước các mẫu ống mơ phỏng kéo – uốn

34

2.6

Bảng kích thước các mẫu ống mô phỏng kéo – xoắn

37

2.7

Tổng hợp kết quả nghiên cứu lý thuyết

41

3.1

Bảng tra mô men siết

52

3.2

Chuyển vị của cột tại độ cao 1.55m ứng với các cấp tải trọng

58

3.3

Khoảng hở của mặt bích tại vị trí bu lông ứng với các cấp tải
trọng

62

3.4

Ứng suất trông ống thép và bu lông ứng với các cấp tải trọng

67

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu

Tên hình

Trang

0.1.

Tháp trùn tải điện cao 380m tại Trung Quốc

1

0.2.

Một số hình ảnh mối nối ống thép trịn bằng mặt bích

1

0.3.

Một số hình ảnh cơng trình bị phá hoại tại mặt bích

2

1.1.

Các mối nối sử dụng trong cơng trình dân dụng và cơng nghiệp

5

1.2.

Các mối nối sử dụng trong tháp truyền hình, tháp truyền tải điện...

6

1.3.

Các dạng mối nối HSS trích từ [8, trang 100]

7

1.4.

Các dạng phá hủymối nối CHS trích từ [8, trang 104]

8

1.5.

Các dạng phá hủymối nối của RHS trích từ [8, trang 106]

9

1.6.

Các dạng phá hủy mối nối giữa CHS với thép hình chữ I/H trích từ
[8, trang 108]

10

1.7.

Các mối nối giữa tấm thép với CHS trích [9, trang 142]

11

1.8.

Các mối nối giữa CHS-CHS trong liên kết dàn trích [9, trang 148]

11

1.9.

Các mối nối giữa RHS-RHS trong liên kết dàn trích [9, trang 150]

11

1.10.

Các mối nối giữa CHS-CHS trong liên kết chịu moment trích [9,
trang 155]

12

1.11.

Các mối nối giữa RHS-RHS trong liên kết chịu moment trích [9,
trang 157]

12

1.12.

Sơ đồ làm việc của liên kết bulông

13

1.13.

Sự làm việc của bulông trong hệ kết cấu chịu lực trượt ma sát

15

1.14.

Sự làm việc chịu kéo của bulơng

17

1.15.

Ba mơ hình phá hủy của Petersen trong liên kết T-stub

17

1.16.

Quan hệ phi tuyến giữa ngoại lực và lực dọc trong bulông

19

1.17.

Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và lực dọc trong bulơng do Schmidt
– Neuper đề xuất

19

1.18.

Mơ hình T-stub

21

2.1.

Đặc trưng của bulơng, mặt bích và ống thép

24

2.2.

Mơ hình bulơng và bản thép trong Abaqus

25

2.3.

Mơ hình phần tử dạng chữ L trước và sau khi phân tích

25

2.4.

Quan hệ giữa lực dọc Tp trong bulông và lực kéo Ts trong phần tử
dạng chữ L

26


2.5.

Mơ hình ống thép

27

2.6.

ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=20mm, ds= 20mm (tF/ds
=1,00)

28

2.7.

ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 20mm (tF/ds

=1,10)

28

2.8.

ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 20mm (tF/ds
=1,25)

28

2.9.

ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=28mm,ds= 20mm (tF/ds
=1,40)

28

2.10.

ONHO-Trường hợp uốn cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 20mm,
tp= 8mm (tF/ds =1,40; tp/ds =0,40)

29

2.11.

ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 10mm (tF/ds
=1,40;tp/ds =0,50)

29

2.12.

ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 12mm (tF/ds
=1,40;tp/ds =0,60)

29

2.13.

ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 14mm (tF/ds
=1,40;tp/ds =0,70)

29

2.14.

OTRUNG-TH uốn và cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 22mm
(tF/ds =1,0)

30

2.15.

OTRUNG-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 22mm
(tF/ds=1,14)

30

2.16.

OTRUNG-TH uốn& cắt đồng thời với tF=28mm, ds= 22mm
(tF/ds =1,27)

30

2.17.

OTRUNG-TH uốn& cắt đồng thời với tF=30mm, ds= 22mm
(tF/ds=1,36)

30

2.18.

OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 22mm, tp=
10mm (tF/ds =1,14; tp/ds =0,45)

31

2.19.

OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 12mm (tF/ds =1,14;
tp/ds =0,55)

31

2.20.

OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 15mm (tF/ds =1,14;
tp/ds =0,68)

31

2.21.

OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 18mm (tF/ds =1,14;
tp/ds =0,82)

31

2.22.

OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 24mm (tF/ds
=1,04)

32


2.23.

OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=28mm,ds= 24mm
(tF/ds=1,17)

32

2.24.

OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=30mm, ds= 24mm (tF/ds

=1,25)

32

2.25.

OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=34mm, ds= 24mm (tF/ds
=1,42)

32

2.26.

OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tF=28mm, ds= 24mm, tp=
18mm (tF/ds =1,17; tp/ds =0,75)

33

2.27.

OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 20mm (tF/ds =1,17; tp/ds
=0,83)

33

2.28.

OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 22mm (tF/ds =1,17; tp/ds
=0,92)

33

2.29.

OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 25mm (tF/ds =1,17; tp/ds
=1,04)

33

2.30.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulơng khi mối nối
ống nhỏ chịu kéo - uốn đồng thời

34

2.31.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối
ống nhỏ chịu kéo - uốn đồng thời

35

2.32.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulơng khi mối nối
ống trung chịu kéo

35

2.33.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối
ống trung chịu kéo - uốn đồng thời

36

2.34.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulông khi mối nối
ống lớn chịu kéo

36

2.35.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối
ống lớn chịu kéo - uốn đồng thời

37

2.36.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép , mặt bích và bulông khi
mối nối ống nhỏ chịu kéo – xoắn đồng thời

38

2.37.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép , mặt bích và bulơng khi
mối nối ống trung chịu kéo–xoắn đồng thời

39

2.38.

Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép, mặt bích và bulơng khi
mối nối ống lớn chịu kéo – xoắn đồng thời

40

3.1.

Sơ đồ mẫu thí nghiệm

43

3.2.

Sơ đồ các mặt cắt

43

3.3.

Sơ đồ cấu tạo các chi tiết

44

3.4.

Kiểm tra chi tiết ống thép và loại que hàn được sử dụng

45

3.5.

Kiểm tra chi tiết mặt bích 1&2 và bu lơng 10.9 M20

45

3.6.

Kiểm tra chi tiết mặt bích 3&4

46

3.7.

Mẫu thí nghiệm sau khi chế tạo và được gắn tạm lên cột

46

3.8.

Cảm biến đo biến dạng (strain gauges)

47

3.9.

Cảm biến đo chuyển vị LVDT

47

3.10.

Máy bơm dầu dùng cho thí nghiệm

48

3.11.

Kích thủy lực 250 (tấn)

48

3.12.

Load cell

49

3.13.

Thước kẹp điện tử

49

3.14.

Sơ đồ bố trí Strain gauges và Cảm biến đo chuyển vị LVDT trên
mặt bích và ống thép

50

3.15.

Sơ đồ bố trí Strain gauges trên mặt bích 1

51

3.16.

Mẫu thí nghiệm sau khi được lắp lên cột và siết bu lông

53

3.17.

Dựng hệ dàn lắp cảm biến đo chuyển vị LVDT và lắp các thiết bị

54

3.18.

Vị trí các cảm biến đo chuyển vị LVDT

54

3.19.

Vị trí các strain gauges phía trên ống thép (ST1, ST2)

55

3.20.

Vị trí các strain gauges phía dưới ống thép (SD1, SD2)

55

3.21.

Vị trí các strain gauges trên mặt bích (S1T, S2)

56

3.22.

Vị trí các strain gauges trên mặt bích (S1P,SN, S3)

56

3.23.

Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị của cột

57

3.24.

Nối thiết bị, thiết lập đồng hồ đo lực, chuyển vị, biến dạng

57

3.25.

Bố trí thí nghiệm

58

3.26.

Chuyển vị của mẫu ở cấp tải 120kN

59

3.27.

Mẫu bi phá hoại do trượt ren ở bu lơng phía dưới ở cấp tải
136.3kN

60

3.28.

Phá hoại trượt ren ở bu lơng phía dưới

61

3.29.

Biến dạng ở ống thép số 2 làm mặt bích bị nghiêng

61

3.30.

Kiểm tra khoảng hở giữa 2 mặt bích tại các vị trí bu lơng

62

3.31.

Thí nghiệm nén trượt ren bu lơng

63

3.32.

Các mặt cắt để xác định ứng suất trên ống thép

64


3.33.

Mặt cắt tiết diện ngang ống thép

64

3.34.

vị trí các bu lơng trên mặt bích

65

3.35.

Giả định sự làm việc của các bu lông

66

3.36.

Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng của mẫu thí nghiệm tại LH1

69

3.37.

Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng của mẫu thí nghiệm tại LH2

69

3.38.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại ST1

70

3.39.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại SD1

70

3.40.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại ST2

71

3.41.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng tại trên ống thép SD2

71

3.42.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại S1P

72

3.43.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại SN

72

3.44.

Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại S4

73

3.45.

Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí khảo sát trên ống thép

73

3.46.

Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí khảo sát trên mặt bích

74

3.47.

Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí trên mặt bích, ống thép, bu
lông

74

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trong thực tiễn xây dựng hiện nay, ống thép tròn được sử dụng phổ biến cho
nhiều loại kết cấu khác nhau như làm thanh biên của tháp truyền hình, tháp truyền tải
điện, cần trục tháp, …

Hình 0.1. Tháp truyền tải điện cao 380m tại Trung Quốc (Nguồn internet)
Để tạo ra những khẩu độ lớn đáp ứng từng yêu cầu thì các ống thép này được
nối lại với nhau. Có nhiều loại mối nối có thể được sử dụng như mối nối hàn, sử dụng
mặt bích ren, nối bằng mặt bích sử dụng bu lơng cường độ cao….

Hình 0.2. Một số hình ảnh mối nối ống thép trịn bằng mặt bích (Nguồn internet)


2
Tuy nhiên trên thực tế, có nhiều sự cố tai nạn liên quan đến cơng trình thép sử
dụng thép ống liên kết mặt bích. Nguyên nhân là do chưa xét tác dụng đồng thời của
nhiều yếu tố ngoại lực mà chỉ xét các yếu tố tác dụng đơn thuần và sự tính tốn chưa
thấu đáo các liên kết này…

Hình 0.3. Một số hình ảnh cơng trình bị phá hoại tại mặt bích (Nguồn internet)
Ứng xử của liên kết này khá phức tạp, đặc biệt là khi chịu các loại tải trọng
phức hợp, thiên tai (động đất, gió bảo)…Tại vị trí mối nối đồng thời xuất hiện nhiều
thành phần nội lực: Kéo (nén), mô men uốn, mô men xoắn, lực cắt.
Trước luận văn này, đã có một số tác giả nghiên cứu lý thuyết, đề ra phương
pháp tính tốn tại vị trí mối nối này khi chịu tác dụng đồng thời của nhiều thành phần
nội lực:
- Nguyễn Trọng Vinh, Mô phỏng ứng xử của liên kết nối ống thép tròn sử dụng

mặt bích và bulơng chịu uốn và cắt đồng thời, có xét đến sự làm việc phi tuyến của
vật liệu, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
- Phan Công Bàn, Nghiên cứu sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn sử dụng
mặt bích và bu lông chịu kéo (nén) uốn đồng thời, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng.
- Trịnh Hồng Vi, Khảo sát sự làm việc chịu xoắn hoặc kéo xoắn đồng thời của
liên kết nối ống thép tròn dùng mặt bích và bu lông, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng.
Nhưng nó là nhiều nghiên cứu rời rạc và chưa có sự tổng hợp lại các kết quả
nghiên cứu đó để đưa ra đánh giá cho trường hợp tổng quát ( chịu lực phức tạp).
Thêm vào đó vẫn chưa có những thí nghiệm để kiểm chứng lại các kết quả lý thuyết
mà các tác giả đưa ra. Đây là lý do để thực hiện luận văn với đề tài:


3
“NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI
ỐNG THÉP TRÒN CHỊU UỐN - CẮT, KÉO – UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH
VÀ BU LƠNG ”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về liên kết nối ống thép trịn sử dụng mặt bích và bu
lông chịu lực phức tạp.
- Thực nghiệm kiểm chứng sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn sử dụng
mặt bích và bu lơng chịu uốn - cắt;
- Từ những kết quả phân tích thí nghiệm, kiểm chứng lại kết quả phân tích lý
thuyết, từ đó đưa ra các kiến nghị.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Mối nối liên kết ống cở nhỏ (113.4mm) sử dụng mặt
bích và bu lơng cường độ cao
- Phạm vi nghiên cứu: Phân tích thực nghiệm sự làm việc của mối nối ống trịn
liên kết bằng mặt bích và bu lơng trong các thanh biên chịu lực chính trong kết cấu

giàn của tháp thép trong trường hợp chịu tác dụng đồng thời của các lực: uốn - cắt.
4. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng lại kết quả nghiên cứu lý
thuyết đã có. Chia việc nghiên cứu này làm 4 bước:
Bước 1: Tổng hợp các kết quả của đề tài nghiên cứu lý thuyết đã có và đưa ra đánh
giá cho trường hợp tổng quát;
Bước 2: Chế tạo mẫu thí nghiệm theo kích thước tối ưu theo mơ hình lý thuyết;
Bước 3: Tiến hành thí nghiệm theo trường hợp chịu tác dụng đồng thời của các
lực: uốn - cắt,
Bước 4: Phân tích các kết quả thí nghiệm, kiểm chứng với kết quả lý thuyết để từ
đó rút ra kết luận.
5. Bố cục đề tài
Mở đầu:
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục tiêu đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về mối nối liên kết ống thép tròn và cơ sở lý thuyết


4
1.1. Tổng quan về mối nối liên kết ống thép trịn
1.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn mối nối
Chương 2: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu lý thuyết và đưa ra đánh giá
cho trường hợp tổng quát
2.1. Các thông số chung
2.2. Mô phỏng phần tử dạng L để kiểm chứng
2.3. Kết quả phân tích lý thuyết
2.4. Kết luận chương 2
Chương 3: Thực nghiệm và so sánh đối chiếu

3.1. Chế tạo mẫu, thiết bị và thiết lập thí nghiệm
3.2. Mơ tả kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả đo
3.3. Kết luận chương 3
Kết luận và kiến nghị


5

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG
THÉP TRÒN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG THÉP TRÒN
1.1.1. Sơ lược về kết cấu sử dụng ống thép tròn
Với nhiều ưu điểm vượt trội nên hiện nay, kết cấu sử dụng ống thép tròn rỗng
ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại cơng trình từ các cơng trình dân
dụng, cơng nghiệp cho đến các cơng trình cầu đường và hạ tầng kỹ thuật...
Ưu điểm :
- Mặt cắt ngang là hình trịn đã cho thấy đó là hình dạng tối ưu nhất để giảm
thiểu tác động của tải trọng gió, tải trọng sóng hay nước tác động lên kết cấu cũng như
khả năng chịu xoắn tốt.
- Có diện tích bề mặt nhỏ hơn so với các kết cấu khác. Điều này làm cho hiệu
quả bảo vệ chống ăn mòn của kết cấu dùng ống thép tròn tăng lên đáng kể, do khơng
có góc nhọn trên bề mặt của kết cấu.
- Do mặt cắt tiết diện rỗng nên kết cấu ống thép trịn có trọng lượng nhẹ hơn kết
cấu thép có các dạng mặt cắt khác.
Hình ảnh cho một số cơng trình sử dụng ống thép trịn như sau:

Hình 1.1. Kết cấu ống thép trịn sử dụng trong cơng trình dân dụng và công
nghiệp (Nguồn internet)

6

Hình 1.2. Kết cấu ống thép trịn sử dụng trong tháp truyền hình, tháp truyền tải
điện,…(Nguồn internet)
1.1.2. Sơ lược về mối nối liên kết ống thép tròn
1.1.2.1. Trên thế giới
Theo nghiên cứu của các tác giả [ Akiyama, Kurobane, Azuma, Kamba, Kato,
Kosteski, Mang, Packer] và các tiêu chuẩn thiết kế thơng dụng ( Eurocode 3, AISC) thì
các nghiên cứu xung quanh liên kết bằng bulông hoặc đường hàn của các ống thép
rỗng (hollow section connection) HSC được tập trung rất nhiều như:


7
- Trong phần 1-8 của Eurocode 3: Design of steel structures [4]- Part 1-8: Design
of joints, đã dành hẳn ra mục 7 để đưa ra các chỉ dẫn về liên kết của ống thép rỗng
(Hollow section jonts). Trong phần này, tiêu chuẩn cũng đã đưa ra các dạng mối liên
kết của liên kết dùng mặt cắt rỗng rất đa dạng như Hình 1.3

Hình 1.3. Các dạng mối nối HSS trích từ [8, trang 100]
+ Tiêu chuẩn cũng đã đưa ra các mơ hình phá hủy của liên kết nối ống thép trịn
rỗng (Hình 1.4), có tiết diện chữ nhật rỗng (Hình 1.5)hay các liên kết giữa ống thép
trịn rỗng/ chữ nhật rỗng với thép chữ I/H (Hình 1.6) dưới tác dụng của lực dọc trục
cũng như moment uốn rất cụ thể.


8

Hình 1.4. Các dạng phá hủymối nối CHS trích từ [8, trang 104]

9

Hình 1.5. Các dạng phá hủymối nối của RHS trích từ [8, trang 106]