Giáo trình kết cấu thép ĐHXD 2 5 2 6 sulamviec lienket bulong

B. LIÊN KẾT BULƠNG
§ 2.5 CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULƠNG VÀ KHẢ
NĂNG CHỊU LỰC CỦA MỘT BULƠNG
§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG
§2.8 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG


B. LIÊN KẾT BULƠNG
§ 2.5 CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
1. Cấu tạo chung của bulơng
Bulơng gồm có 3
phần: Thân
bulơng, Mũ bulơng,
và Êcu.

h=0,6d

h=0,6d

lo

S

l

a) Thân bulơng: có tiết diện hình trịn, chiều dài l và gồm 2 phần:
Phần khơng tiện ren: có chiều dài nhỏ hơn bề dầy của tập bản thép được
liên kết (xuyên qua) khoảng 2÷ 3 mm . Đường kính thân bulơng là d.
Phần có tiện ren: có chiều dài là l0 ≈ 2,5d
đường kính sau khi đã tiện ren: d 0 = 0,85d

Tuỳ theo yêu cầu sử dụng: l = 35 ÷ 300 mm ; d = 12 ÷ 48 mm; thường
sử dụng d = 20 ÷ 30 mm.


B. LIÊN KẾT BULƠNG
§ 2.5 CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
1. Cấu tạo chung của bulông

(tiếp 2/3)

h=0,6d

Bulông gồm có 3
phần: Thân bulơng,
Mũ bulơng, và Êcu.
h=0,6d

lo
l

b) Mũ bulơng:
Thường hay sử dụng hình lục giác; có các góc được mài vát.
Đường kính hình trịn ngoại tiếp mũ D = 1,7 d ;
Bề dầy của mũ h = 0,6 d;
Khoảng cách S là số chẵn: S = 12, 14, 16, 18,…..

S


B. LIÊN KẾT BULƠNG

§2.5 CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
1. Cấu tạo chung của bulơng

(tiếp 3/3)

h=0,6d

Bulơng gồm có 3
phần: Thân bulơng,
Mũ bulơng, và Êcu.
h=0,6d

c) Êcu:

lo

S

l

Hình dạng giống mũ bulông, nhưng được khoan lỗ và tiện ren giống như
ren của phần thân (bước ren giống nhau). Bề dầy của mũ : h ≥ 0,6d
Đệm (long đen) có hình trịn để phân phối áp lực của êcu lên mặt thép cơ
bản.
Các kích thước l0, d0, D và h đều qui định theo đường kính d; nếu d
càng lớn thì u cầu các kích thước đó cũng càng lớn.


§2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
2. Phân loại bulông

a) Bulông thô, bulông thường:
Vật liệu: từ thép cacbon thường.
Chế tạo: bằng cách rèn, dập. => độ chính xác thấp, đường kính thân
bulơng khơng được trịn, cần có khe hở giữa lỗ và thân bulơng lớn.
Đường kính lỗ: d1 = d + 2 ÷ 3 mm.
Lỗ bulơng: bằng cách đột hoặc khoan từng bản riêng lẻ. => thành lỗ xù
xì, sai số lớn, các lỗ khơng trùng khít, phần thép xung quanh lỗ khoảng 2
÷ 3 mm bị giịn và biến cứng nguội. => Lỗ loại C.
Chất lượng thân và lỗ bulông kém. Biến dạng ban đầu của liên kết lớn,
khả năng chịu lực không cao.
=> Sử dụng để liên kết tạm, định vị ở công trường, sử dụng khi làm việc
chịu kéo.


§2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
2. Phân loại bulông

(tiếp 2/3)

b) Bulông tinh:
Vật liệu: từ thép cacbon thấp hoặc thép hợp kim thấp.
Chế tạo: bằng cách tiện, đúc. => độ chính xác cao.
Đường kính lỗ: d1 = d + 0,1 ÷ 0,3 mm.
Lỗ bulơng: bằng cách khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng bản
theo thiết kế. Khi bản mỏng, có thể đột trước với đường kính lỗ nhỏ hơn
thiết kế khoảng 2 ÷ 3 mm rồi mới khoan cả chồng bản. => thành lỗ
nhẵn, độ chính xác cao, chất lượng cao, nhưng năng suất thấp. => Lỗ
loại B.
Khe hở giữa thân và lỗ bulông nhỏ => liên kết chặt, biến dạng ban đầu
của liên kết nhỏ, khả năng chịu lực cao.

=> Sử dụng cho các liên kết chịu lực lớn.


§2.5 CÁC LOẠI BULÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU THÉP
2. Phân loại bulông

(tiếp 3/3)

c) Bulông cường độ cao :
Vật liệu: từ thép hợp kim có cường độ cao hoặc rất cao: 40Cr, 38CrSi, …
Chế tạo: giống bulơng thường, có độ chính xác thấp.
Sau khi chế tạo chúng được gia công nhiệt nên có cường độ rất cao. Có
thể tạo lực kéo rất lớn trong thân bulông để ép các bản thép lại, tạo lực
ma sát => Khả năng chịu lực rất cao.
Lớp độ bền của bulông:
Tuỳ theo vật liệu làm bulông, chia ra các lớp độ bền sau:
4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

8.8

10.9

Từ lớp độ bền xác định được cường độ của vật liệu bulông.
Chữ số đầu x 10 = cường độ kéo đứt tức thời

fu

(daN/mm2).

Tích của 2 chữ số = cường độ chảy của vật liệu thép
Ví dụ: fu = 4 x 10 = 40 daN/mm2 = 4000 daN/cm2.
fy = 4 x 6 = 24 daN/mm2 = 2400 daN/cm2

fy

(daN/mm2).


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
a) Các giai đoạn chịu lực:

a)

a)

b)

b)

N/2

N

N/2
Do vặn ốc/êcu => thân bulông chịu kéo, các bản thép bị xiết chặt lại, tạo
thành lực ma sát giữa mặt tiếp xúc của các bản thép Nms.
Dưới tác dụng của lực kéo dọc trục N, các bản thép có xu hướng trượt
tương đối với nhau (Hình a).
Giai đoạn 1 - khi N còn nhỏ (N < Nms) : các bản thép chưa trượt tương đối
với nhau. Lực truyền giữa các bản thép thông qua ma sát. Bulông chưa chịu
lực ngoại trừ lực kéo ban đầu do vặn êcu.
Giai đoạn 2 - khi N tương đối lớn (N ≥ Nms): các bản thép trượt tương đối
với nhau, thân bulông tỳ sát về một phía của thành lỗ. Ngoại lực tác dụng N
do thân bulơng và masat chịu (Hình b).


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
a) Các giai đoạn chịu lực: (tiếp 2/2)
Giai đoạn 3 - khi N khá lớn (N >> Nms): lực masat giảm dần và bằng
không. Lực tác dụng N là hồn tồn do thân bulơng chịu. Đồng thời bản
thép chịu ép mặt do thân bulông tỳ lên thành lỗ.
Giai đoạn 4 - khi liên kết bị phá hoại: Có 2 khả năng phá hoại có thể
xảy ra:
b)
a) bulông bị cắt đứt:
- Thân
N/2
- Thép cơ bản bị phá hoại do đứt

N
các đầu bản thép hay đứt các bản
thép ở giữa 2 lỗ bulông (thân
bulông không bị phá hoại).
N/2
=> Trong thực tế thiết kế, chỉ cần quan tâm đến giai đoạn làm việc cuối cùng
của liên kết, giai đoạn liên kết bị phá hoại => để tính khả năng chịu lực của
liên kết.


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
b) Khả năng chịu cắt (chịu trượt) của 1 bulông (khi bulông bị cắt đứt):

[ N ] vb = A ⋅ f vb ⋅ γ b ⋅ nv
fvb

là cường độ chịu cắt tính tốn của vật liệu bulông. Tra bảng 1.10 Phụ
lục I phụ thuộc vào cấp độ bền của bulông (vật liệu bulông);

γb
đặc

là hệ số điều làm việc của liên kết bulông, được tra Bảng 2.8 theo
điểm của liên kết bulông, loại bulông, và giới hạn chảy của thép cơ
bản; có giá trị từ 1 đến 0,75.

π ⋅d2
A=

4
nv

với d là đường kính của thân bulông. (thân bulông bị cắt đứt tại
tiết diện trùng với mặt tiếp xúc giữa các bản thép)

là số mặt cắt tính tốn trên thân bulơng.

nv = 1, 2 hoặc 3,... => khả năng chịu lực của bulông thay đổi tuỳ theo liên kết.


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bulông (khi bản thép bị đứt):
Bản thép bị xé đứt khi bulơng có
đường kính lớn, cường độ fvb lớn,
và bề dầy bản thép liên kết mỏng.
Chú ý: thân bulơng khơng bị phá
hoại.
Các đầu bản thép có thể bị phá
hoại, bị xé đứt ở khoảng cách
giữa các lỗ hoặc ở đầu các bản
thép.

3

σ

x

2
x

σ

em

1

σ

2

y

a

y

3

2d

Sử dụng khoảng cách min là 2d
Ứng suất ép mặt lên thành lỗ phân bố không đều => có sự tập trung ứng
suất, trạng thái ứng suất phức tạp ở các đầu bản thép (tồn tại σ x và σ y )
=> Coi một phần của bản thép cơ bản bị trượt theo chiều dài l.

§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bulông (khi bản thép bị đứt):
Khả năng chịu ép mặt của 1
bulơng chính là khả năng chống
ép mặt (chống trượt) của các bản
thép được liên kết.

(tiếp 2/3)
3

σ

x

2
x

[ N ] cb = S ⋅ γ b = 2 ⋅ (2d ) ⋅ t min ⋅ f v ⋅ γ b

[ N ] cb = d ⋅ t min ⋅ f cb ⋅ γ b
fv là cường độ chịu cắt tính tốn của thép
cơ bản: f v = f / 2 (theo thuyết bền 3)
Đặt f cb = 2 f là cường độ tính tốn ép
mặt qui ước của bulông.

σ

em

1

σ

2

y

a

y

3

2d

Sử dụng khoảng
cách min là 2d


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, thường, và tinh
c) Khả năng chịu ép mặt của 1 bulông (khi bản thép bị đứt):
Công thức tổng quát :

[ N ] cb = d ⋅ ( ∑ t ) min ⋅ f cb ⋅ γ b
d

(∑t )
f cb

là đường kính thân bulơng.
min

là tổng chiều dầy nhỏ nhất của các bản thép cùng
trượt về một phía.
là cường độ tính tốn ép mặt qui ước của bulơng.
phụ thuộc vào : - vật liệu thép cơ bản
- Phương pháp tạo lỗ bulông;
- cấu tạo (sử dụng khoảng cách min).

(tiếp 3/3)


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông cường độ cao
a) Sự làm việc chịu trượt của bulông CĐC:
Bulông được làm bằng
vật liệu cường độ cao
hoặc rất cao => tạo lực
xiết lớn, lực kéo trong
thân bulông lớn.
Tạo ra lực masat rất lớn
trên các mặt tiếp xúc
giữa các bản thép: Nms
>> N ngoại lực tác dụng
(vng góc với trục của

thân bulơng).

N

N

Các bản thép khơng bị trượt
(khơng dịch chuyển) lên nhau.

Khơng có sự ép mặt của thân bulông lên thành lỗ, thân bulông chỉ chịu lực
kéo do xiết êcu.
Ngoại lực tác dụng N truyền trong liên kết hồn tồn thơng qua ma sát.


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông cường độ cao
b) Khả năng chịu trượt của 1 bulông cường độ cao:
Khả năng chịu trượt của bulơng cường độ cao chính là lực masat tối đa
được tạo ra trong liên kết.
Lực kéo tối đa trong 1 bulơng CĐC:

P = Abn ⋅ f hb
Abn

là diện tích thực của tiết diện thân bulông (bulông bị kéo đứt ở phần
có ren);

fhb

là cường độ chịu kéo tính tốn của vật liệu bulông, lấy fhb = 0,7fub
với fub là cường độ kéo đứt tức thời của bulông, được tra bảng Phụ
lục 1.12
.


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông cường độ cao
b) Khả năng chịu trượt của 1 bulơng cường độ cao:

[N] b

 µ
= P ⋅ 
 γ b2


 ⋅ γ b1 ⋅ n f = f hb ⋅ Abn


 µ
⋅ 
 γ b2

(tiếp 2/2)


 ⋅ γ b1 ⋅ n f


µ : hệ số ma sát, được tra Bảng 2.10, phụ thuộc vào phương pháp tạo

nhám bề mặt tiếp xúc giữa các cấu kiện liên kết, khoảng 0,25 ~ 0,58.

γ b2

: hệ số độ tin cậy của liên kết, được tra Bảng 2.10, phụ thuộc vào
phương pháp làm sạch bề mặt, khe hở giữa thân và lỗ bulông.

γ b1 : hệ số điều kiện làm việc của liên kết, phụ thuộc vào số lượng bulông:
0,8 ~ 1 :
nf : số mặt phẳng ma sát tính toán.


§2.6 SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULÔNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC
CỦA MỘT BULÔNG
3. Sự làm việc chịu kéo của bulông trong liên kết
a) Sự làm việc:
N

Ngoại lực tác dụng theo phương song song
với trục của bulông.
Các cấu kiện có xu hướng tách rời xa nhau.
Liên kết bị phá hoại khi bulông bị kéo đứt tại
phần tiện ren. (không xét đến sự làm việc
của các cấu kiện liên kết).
=> Lực tác dụng lên thân bulơng chính bằng
ngoại lực N.

N/2

N/2

b) Khả năng chịu kéo của 1 bulông:

π ⋅d
[ N ] tb = Abn ⋅ f tb =
⋅ f tb
4
2
0

Abn

ftb là cường độ chịu kéo tính tốn của vật
liệu bulơng.
Khi sử dụng bulơng cường độ cao thì ftb
được lấy bằng fhb.
là diện tích tiết diện thực của tiết diện thân bulơng.


§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG
1. Các hình thức cấu tạo của liên kết bulông
a) Liên kết ghép chồng:

d)

c)

Liên kết ghép chồng giữa 2 bản thép:

a)

b)

Liên kết ghép chồng giữa thép
góc với bản thép:

Đường truyền lực đi qua liên kết bị uốn cong, có độ lệch tâm, chịu mơ men
uốn phụ.
Số lượng bulơng thực tế bố trí cần tăng thêm 10% so với tính tốn.


§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG
a)
b)
1. Các hình thức
cấu tạo của liên kết bulơng

b) Liên kết có bản ghép:
Liên kết 2 bản thép có sử dụng 1 hay 2 bản ghép:
a)

b)

d)

c)

c)

Liên kết giữa 2 thép hình:
a)

b)

d)

Cần tăng số lượng bulơng lên 10%

ThÐp gãc ghÐp

B¶n ghÐp

c)

d)

Khơng cần tăng
số lượng bu lơng
lên 10% vì độ
cứng của các
cấu kiện là lớn.


§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG
2. Bố trí bulơng
a) Hình thức bố trí song song:

b) Hình thức bố trí sole:

1) K hoảng cách min
a)

d l ng
kớnh ca
thõn bulụng

b)

N

N

2d 2,5d 2,5d 2,5d

N

N

2d 2,5d

2,5d

2) K hoảng cách max

Nu b trớ cỏc bulơngc)có
thép
kếtu dễ

CÊukhoảng
kiƯn chÞucách
kÐo gần q, bảnd)
CÊu liên
kiƯn chÞ
nÐnbị xé đứt
(phá hoại do ép mặt).
16d

16d

12d

16d

Nếu bố trí các bulơngN có khoảng
kết không N
24t
24tcách xa quá,
18tliên18t
N tốn vật
N liệu,
chặt, dễ bị gỉ, phần bản thép giữa 2 bulông không đảm bảo ổn định khi chịu
nén.
Nên bố trí bulơng có khoảng cách nhỏ nhất (khoảng cách min) để tiết kiệm
vật liệu, liên kết gọn nhẹ,
nhưng vẫn đảm bảo đủ chịu
8d
4d 8d
4d lực.

N

16d
24t

16d
24t

N

§2.7 CẤU TẠO CỦA LIÊN KẾT BULƠNG

N

12d
18t

16d
18t

N

2. Bố trí bulơng
c) Đối với

4d 8d
12t
thép8thình:

e)

4d
8t

8d
12t

a

a

Vị trí các dãy bulơng đựoc qui định sẵn theo kích thước của từng loại thép
hình.
Đối với thép góc, khi bề rộng cánh b < 100 mm : bố trí 1 hàng bulơng.

b ≥ 100 mm : bố trí 2 hàng bulơng.