Bài giảng Các loại liên kết trong kết cấu thép

ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 1 CHÖÔNG II LIEÂN KEÁT DUØNG TRONG KEÁT CAÁU THEÙP §1. KHAÙI NIEÄM CHUNG Töø theùp baûn, theùp hình nhôø coù lieân keát môùi taïo thaønh keát caáu theùp. Lieân keát haøn - Phoå bieán nhaát, tieát kieäm ñöôïc coâng cheá taïo (baûn maét, baûn noái), giaûm troïng löôïng theùp, giaûm thôøi gian (khoan, ñoät). - Taïo ñöôïc lieân keát kín. - Nhöôïc ñieåm : caàn thôï coù tay ngheà, thieát bò haøn, coù ñoä cöùng lôùn, quaù trình haøn taïo ra noäi öùng suaát, khoù kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn. Lieân keát bu-loâng - Thi coâng ñôn giaûn, thuaän tieän khi döïng laép caùc keát caáu treân cao. - Coù theå thaùo laép deã daøng, duøng trong coâng trình taïm thôøi, laép taïm caùc keát caáu. - Bu-loâng cöôøng ñoä cao : coù theå taïo löïc keùo tröôùc lôùn trong thaân bu-loâng, döïng laép nhanh vöøa chòu taûi troïng naëng, taûi troïng ñoäng nhö lieân keát ñinh taùn. Lieân keát ñinh taùn - Ñoä dai lôùn, chòu löïc ñoäng toát. - Thi coâng phöùc taïp, toán nhieàu coâng cheá taïo vaø toán phí vaät lieäu do khoeùt loã theùp cô baûn vaø toán theùp cheá taïo ñinh. §2. LIEÂN KEÁT HAØN 2.1 Phöông phaùp haøn Caùc phöông phaùp: haøn tay (SMAW), haøn töï ñoäng (SAW), haøn nöûa töï ñoäng (GMAW), haøn hôi, haøn tieáp xuùc. a. Haøn tay hoà quang 1) Nguyeân taéc haøn Sô ñoà haøn tay ñöôïc trình baøy treân hình (H. 2-1). Duøng roäng raõi vaø phoå bieán nhaát vì : ñôn giaûn, coù theå haøn baát kyø loaïi ñöôøng haøn naøo ôû nhöõng vò trí khaùc nhau. So vôùi haøn töï ñoäng, haøn tay coù naêng suaát thaáp, ñoä saâu raõnh haøn nhoû. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 2 theùp cô baûn raõnh haøn que haøn nguoàn ñieän tay caàm que haøn raõnh haøn hoà quang Hình H. 2–1: Sô ñoà haøn tay hoà quang. 2) Que haøn Que haøn goàm loõi theùp vaø lôùp thuoác boïc chung quanh. Loõi theùp coù thaønh phaàn hoùa hoïc vaø cô lyù tính theùp cô baûn. Lôùp thuoác boïc que haøn : • taïo xæ ñeå ñöôøng haøn nguoäi chaäm cho ñöôøng haøn bôùt doøn vaø boït khí hoøa laãn vaøo raõnh haøn kòp thoaùt ra ngoaøi. • ngaên bôùt hoà quang tieáp xuùc vôùi khoâng khí ñeå taäp trung nhieät laøm noùng chaûy kim loaïi vaø giaûm bôùt boït khí hoøa tan vaøo raõnh haøn. • taïo theâm ion ñeå hoà quang ñöôïc lieân tuïc. b. Haøn nöûa töï ñoäng vaø töï ñoäng Haøn nöûa töï ñoäng: haøn vôùi khí trô (CO2, Ar2, He2) thay thuoác haøn, duøng daây haøn cuoän. Haøn töï ñoäng: ñöôïc tieán haønh döôùi lôùp thuoác haøn. raõnh haøn theùp cô baûn xæ khoâng khí thuoác haøn que haøn traàn hoà quang Hình H. 2–2: Haøn hoà quang chìm döôùi lôùp thuoác haøn. c. Caùc phöông phaùp haøn khaùc 1. Haøn khí oxy - axetylen 2. Haøn tieáp xuùc Thöôøng duøng noái ñoái ñaàu caùc theùp troøn trong beâ-toâng coát theùp vaø duøng haøn ñieåm caùc taám theùp baûn. Sô ñoà haøn tieáp xuùc trình baøy treân hình (H. 2-3). ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 3 bieán theá cöïc ñieän theùp baûn Hình H. 2–3: Sô ñoà haøn tieáp xuùc d. Kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn - Tröôùc khi haøn + trình ñoä tay ngheà thôï haøn. + kieåm tra soá hieäu que haøn. + kieåm tra theùp cô baûn, gheùp ñuùng, maùy haøn, an toaøn lao ñoäng. - Trong khi haøn + ñaûm baûo ñuùng trình töï haøn. - Sau khi haøn + ñöôøng haøn phaûi ñuû kích thöôùc thieát keá, khoâng bò roã, khoâng bò chaùy. + kieåm tra saâu beân trong ñöôøng haøn thöû : thuoác thöû PT, töø tính MT, sieâu aâm UT, tia phoùng xaï RT (tia γ, tia X). e. Cöôøng ñoä ñöôøng haøn Cöôøng ñoä tính toaùn ñöôøng haøn phuï thuoäc vaøo loaïi ñöôøng haøn, traïng thaùi öùng suaát, soá hieäu que haøn, soá hieäu theùp cô baûn, phöông phaùp haøn vaø phöông phaùp kieåm tra chaát löôïng ñöôøng haøn. Cöôøng ñoä ñöôøng haøn ñöôïc trình baøy trong TCXDVN 336 : 2006 Baûng 7. Theo caáu taïo coù theå chia ra ñöôøng haøn ñoái ñaàu vaø ñöôøng haøn goùc. 2.2. ÑÖÔØNG HAØN ÑOÁI ÑAÀU a. Caáu taïo vaø söï laøm vieäc Ñem hai taám theùp ñaët treân cuøng moät maët phaúng vôùi moät khoaûng caùch nhaát ñònh, haøn laïi vôùi nhau taïo thaønh ñöôøng haøn ñoái ñaàu (H. 2-4). Hình H. 2 –4: Caùc loaïi ñöôøng haøn ñoái ñaàu ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 4 b b bM(c) M σh τh (b) N (a) N σ h N N σh Hình H. 2–5 : Ñöôøng haøn ñoái ñaàu a. Ñöôøng haøn ñoái ñaàu thaúng goùc vôùi phöông chòu löïc b. Ñöôøng haøn ñoái ñaàu xieân goùc vôùi phöông chòu löïc c. Ñöôøng haøn ñoái ñaàu chòu momen Ñaëc ñieåm ñöôøng haøn ñoái ñaàu : • Traùnh ñöôïc hieän töôïng taäp trung öùng suaát, khoâng toán theùp laøm baûn gheùp. • Ñoái vôùi δ ≥ 8mm (haøn tay) caàn phaûi gia coâng meùp theùp cô baûn ôû raõnh haøn, do ñoù toán theâm coâng cheá taïo. Tuøy theo ñoä daøy cuûa theùp cô baûn vaø phöông phaùp haøn maø gia coâng meùp theùp cô baûn theo hình chöõ V, U, X, K. • Traùnh phía döôùi ñöôøng haøn bò khuyeát : caàn ñaët ñöôøng haøn treân lôùp thuoác haøn (H. II-9a), hoaëc treân taám ñeäm baèng ñoàng (H. II-9b), hoaëc treân taám ñeäm baèng theùp (H. II-9c), khi haøn tay neân haøn ôû caû hai phía (H. II-9d). b. Tính moái haøn ñoái ñaàu a) Khi chòu löïc doïc truïc N: b N l h δ δ σh N NN δ Coâng thöùc kieåm tra moái haøn ñoái ñaàu khi chòu löïc truïc nhö sau: Nk ≤ δw lw fw γc (II-1) trong ñoù: N - löïc doïc (Nk : keùo, Nn : neùn) taùc duïng vaøo lieân keát δw - chieàu daøy moái haøn, laáy baèng chieàu daøy theùp cô baûn lw - chieàu daøi moái haøn ñoái ñaàu. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 5 δh = δδh = δ1 δ 1 δ 2 δ Tröôøng hôïp khoâng coù maùng daãn : tröø bôùt moãi ñaàu δw, luùc ñoù lw = b – 2δw (b : chieàu roäng theùp cô baûn). Tröôøng hôïp coù maùng daãn : lw = b. fw - cöôøng ñoä chòu keùo, neùn cuûa moái haøn ñoái ñaàu (xem Baûng 7-TCXDVN 338:2005) γc - heä soá ñieàu kieän laøm vieäc B¶ng 7 – C−êng ®é tÝnh to¸n cña mèi hµn D¹ng liªn kÕt Tr¹ng th¸i lµm viÖc Ký hiÖu C−êng ®é tÝnh to¸n Theo giíi h¹n ch¶y fw fw = f NÐn, kÐo vµ uèn khi kiÓm tra chÊt l−îng ®−êng hµn b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý Theo søc bÒn kÐo ®øt fwu fwu = ft KÐo vµ uèn fw fw = 0,85 f Hµn ®èi ®Çu Tr−ît fwv fwv = fv Theo kim lo¹i mèi hµn fwf fwf =0,55 fwun / γM Hµn gãc C¾t (qui −íc) Theo kim lo¹i ë biªn nãng ch¶y fws fws = 0,45 fu Ghi chó: 1. f vµ fv lµ c−êng ®é tÝnh to¸n chÞu kÐo vµ c¾t cña thÐp ®−îc hµn; fu vµ fwun lµ øng suÊt kÐo ®øt tøc thêi theo tiªu chuÈn s¶n phÈm (c−êng ®é kÐo ®øt tiªu chuÈn) cña thÐp ®−îc hµn vµ cña kim lo¹i hµn. 2. HÖ sè ®é tin cËy vÒ c−êng ®é cña mèi hµn γM lÊy b»ng 1,25 khi fwun ≤ 490 N/mm2 vµ b»ng 1,35 khi fwu n ≥ 590 N/mm2. B¶ng 8 – C−êng ®é kÐo ®øt tiªu chuÈn fwun vµ c−êng ®é tÝnh to¸n fw f cña kim lo¹i hµn trong mèi hµn gãc §¬n vÞ tÝnh : N/mm2 Lo¹i que hµn theo TCVN 3223 : 1994 C−êng ®é kÐo ®øt tiªu chuÈn fwun C−êng ®é tÝnh to¸n fwf N42, N42 – 6B 410 180 N46, N46 – 6B 450 200 N50, N50 – 6B 490 215 Neáu coâng thöùc (II-1) khoâng thoûa maõn, caàn taêng chieàu daøi ñöôøng haøn baèng caùch duøng ñöôøng haøn xieân goùc vôùi phöông chòu löïc (H. II-5). Neáu duøng ñoä nghieâng 2:1 thì khoâng caàn kieåm tra laïi khaû naêng chòu löïc cuûa moái haøn. Neáu duøng ñoä nghieâng nhoû hôn caàn kieåm tra theo caùc coâng thöùc sau: • Theo phöông thaúng goùc vôùi ñöôøng haøn (öùng suaát keùo): ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 6 σw = N sinα / δw lw ≤ γc fw (II-2) • Theo phöông doïc cuûa ñöôøng haøn (öùng suaát caét): τw = N cosα / δw lw ≤ γc fwv (II-3) vôùiù: N, δw, γc, fw - gioáng nhö coâng thöùc (II-1) lw - chieàu daøi ñöôøng haøn xieân goùc (H. II-5) fwv - cöôøng ñoä chòu caét cuûa ñöôøng haøn, (xem Baûng 7-TCXDVN 338 : 2005) δ τh N l h δ σh N b) Khi chòu moment vaø löïc caét (H. II-8c): b Q M Q l h δ δ M ÖÙng suaát trong moái haøn do moment gaây ra: σw = M / Ww ÖÙng suaát trong moái haøn do löïc caét sinh ra (tính gaàn ñuùng): τw = Q / δw lw Kieåm tra moái haøn theo coâng thöùc : σ = √ (σ2w + 3τ2w) ≤ γc fw (II-4) trong ñoù: δh, lh, γc, fw - gioáng nhö coâng thöùc (II-1) Ww - moment choáng uoán cuûa moái haøn, Ww = δw l2w / 6. 2.3. Ñöôøng haøn goùc a. Caáu taïo vaø söï laøm vieäc Ñöôøng haøn ñaët vaøo goùc cuûa hai theùp cô baûn goïi laø ñöôøng haøn goùc, chia ra: ñöôøng haøn ñaàu (thaúng goùc vôùi phöông truyeàn löïc) vaø ñöôøng haøn meùp (song song vôùi phöông truyeàn löïc). ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 7 δδN min 5δ N N min 5δ N δ NN a N min 5δ N AA Ñuôøng haøn goùc ñaàu BB N Hình II –10: Ñöôøng haøn ñaàu N Phaân boá öùng suaát doïc theo ñöôøng haøn A A B B N ÖÙng suaát trong theùp cô baûn Hình II –11: Ñöôøng haøn meùp • Do phöông truyeàn löïc qua moái haøn bò thay ñoåi, bò doàn eùp laïi, coù hieän töôïng taäp trung öùng suaát, bò phaù hoaïi doøn (ε = 4 ÷ 6%). • Phaù hoaïi caét theo moät trong hai tieát dieän doïc ñhaøn hoaëc theo bieân noùng chaûy cuûa TCB. • Do traïng thaùi chòu löïc phöùc taïp cuûa ñöôøng haøn goùc (keùo, caét ...) neân quy phaïm quy ñònh duøng : cöôøng ñoä ñöôøng haøn goùc theo kim loaïi moái haøn coù kyù hieäu fwf (fwf = 0.55 fwun / γM), cöôøng ñoä ñöôøng haøn goùc theo bieân noùng chaûy coù kyù hieäu fws (fws = 0.45 fu). • ÖÙng suaát phaân boá doïc theo ñöôøng haøn meùp khoâng ñeàu, hai ñaàu lôùn, ôû giöõa nhoû (H. II- 11). Neáu Lw quaù daøi, öùng suaát ôû hai ñaàu ñaït ñeán cöôøng ñoä giôùi haïn nhöng ôû giöõa öùng suaát vaãn coøn raát nhoû, do vaäy QP quy ñònh chieàu daøi ñöôøng haøn meùp lw ≤ 60 hw. • Toán theùp baûn gheùp, khoâng toán coâng gia coâng meùp. Ñeå giaûm bôùt kích thöôùc baûn gheùp ta thöôøng duøng ñöôøng haøn voøng quanh (H. II-12) vaø ñeå traùnh hieän töôïng taäp trung öùng suaát, goùc baûn gheùp thöôøng bò caét boû. N N N N Hình II –12: Ñöôøng haøn voøng quanh ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 8 Lieân keát haøn hoãn hôïp (H. II-13) goàm ñhaøn ñoái ñaàu vôùi ñhaøn goùc coù theâm baûn gheùp. N N N N N N Hình II –13: Lieân keát haøn hoãn hôïp b.. Caùc caùch phaân loaïi ñöôøng haøn khaùc - Theo vò trí trong khoâng gian chia ra : naèm, ñöùng, ngang, ngöôïc (H. II-14). Ñöôøng haøn naèm Ñöôøng haøn ngang Ñöôøng haøn ñöùng Ñöôøng haøn ngöôïc Hình II –14: Phaân loaïi ñöôøng haøn theo vò trí trong khoâng gian - Ñöôøng haøn lieân tuïc vaø ñöôøng haøn giaùn ñoaïn. - Ñöôøng haøn nhaø maùy vaø ñöôøng haøn coâng tröôøng. c. Tính ñöôøng haøn goùc Chieàu daøy moái haøn goùc (δf) laáy gaàn ñuùng baèng chieàu cao tam giaùc vuoâng cuûa tieát dieän ñöôøng haøn. Khi haøn tay, tieát dieän ñöôøng haøn goùc laø tam giaùc vuoâng caân cho neân δf = 0,7 hf (H. II-15a). Ñeå giaûm bôùt öùng suaát taäp trung ta duøng ñöôøng haøn doác thoaûi (H. II-15b), tröôøng hôïp naøy laáy gaàn ñuùng δf = 0,7hf, tröôøng hôïp haøn töï ñoäng, raõnh haøn chaûy saâu neân δf = hf (H. II-15c). ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 9 l l hh Ql M l h h N l N βh h hh N h h N N δ h = 0.7h h δ h = 0.7h h hh N 1.5hh βh h βhh M Q N N δ h = h h l hh (c) (f) (e) (d) (a) (b) Hình II –15: Dieän tích tieát dieän ñeå tính ñöôøng haøn goùc a. Ñöôøng haøn goùc thöôøng b. Ñöôøng haøn doác thoaûi c. Ñöôøng haøn saâu d. Tieát dieän ñöôøng haøn meùp e. Tieát dieän ñöôøng haøn ñaàu f. Ñöôøng haøn goùc chòu löïc caét vaø momen Coâng thöùc toång quaùt ñeå tính chieàu daøy ñöôøng haøn goùc : δf = β(f,s) hf (II-5) trong ñoù: hf - chieàu cao ñöôøng haøn β (βf hoaëc βs) - heä soá phuï thuoäc phöông phaùp haøn, ñöôøng kính que (daây) haøn, vò trí ñöôøng haøn (xem Baûng 37 – TCXDVN 338 : 2005). a) Khi chòu löïc truïc a ≥ 5δmin N N Kieåm tra: • theo vaät lieäu ñöôøng haøn : τwf = N / Af = N / (βf hf lw) ≤ fwf γc (II-6) • theo vaät lieäu TCB treân bieân noùng chaûy: τws = N / (βs hf lw) ≤ fws γc (II-6) hf ≤ 1.2 tTCB vaø thöôøng choïn tröôùc, do ñoù lw xaùc ñònh : lw ≥ N / hf (β fw) γc (II-7) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 10 trong ñoù : (β fw) = min [βf fwf, βs fws]. b) Khi chòu moment vaø löïc caét: M Q Khi chòu löïc caét vaø moment, ñöôøng haøn goùc kieåm tra theo coâng thöùc sau: τwf = √ (τΜwf)2 + (τQwf)2) ≤ fwf γc vaø τws = √ (τΜws)2 + (τQws)2) ≤ fws γc (II-8) vôùi: τΜwf - öùng suaát tieáp do M gaây ra, τΜwf = M / Wf (Wf : moment choáng uoán cuûa moái haøn). τQwf - öùng suaát tieáp do Q sinh ra vaø tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc τQwf = Q / Af (Af : dieän tích tieát dieän ñöôøng haøn). c. Tính lieân keát theùp goùc vaøo theùp baûn Do truïc troïng taâm cuûa theùp goùc khoâng naèm giöõa caùnh cuûa chuùng maø naèm leäch veà phía goùc, caùch soáng theùp goùc moät ñoaïn e’ vaø caùch meùp cuûa caùnh moät ñoaïn e’’ (H. II-16). Neáu chieàu cao ñöôøng haøn khoâng ñoåi thì chieàu daøi ñöôøng haøn tính theo coâng thöùc sau : l’w ≥ N / (βf hf fwf γc) x b "e vaø l”w ≥ N / (βf hf fwf γc) x b 'e (II-9) l’w ≥ N / (βs hf fws γc) x b "e vaø l”w ≥ N / (βs hf fws γc) x b 'e (II-9) trong ñoù: l’w, l”w - chieàu daøi ñöôøng haøn phía soáng, phía meùp cuûa theùp goùc (H. II-16) b – caïnh cuûa theùp goùc 20 lh'' lh' N 20 e" e' Hình II –16: Lieân keát theùp goùc vaøo theùp baûn Baûng II - 2: Caùc trò soá b e' vaø b e '' ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 11 Theùp goùc Ñeàu caïnh Khoâng ñeàu caïnh, gheùp caïnh ngaén Khoâng ñeàu caïnh, gheùp caïnh daøi Hình thöùc gheùp vôùi theùp baûn e" b e' b 0.7 0.3 0.75 0.25 0.65 0.35e" e' b b e" e' e" e' b d. Tính lieân keát haøn hoãn hôïp _ Theo caùch tính gaàn ñuùng : theo ñieàu kieän beàn cuûa lieân keát thì : σw = N / (Atcb + Abg) ≤ fw γc (II-10) Töø (II-10) ta tính ñöôïc dieän tích tieát dieän caàn thieát cuûa baûn gheùp : Abg ≥ (N - fw γc Atcb) / fw γc (II-11) Chieàu daøi ñöôøng haøn goùc lieân keát baûn gheùp vôùi theùp cô baûn: lw = Nbg / (β(f,s) hf fw(f,s)) γc (II-12) trong ñoù: Acb, Abg - dieän tích tieát dieän cuûa theùp cô baûn vaø cuûa baûn gheùp fw , fw(f,s) - cöôøng ñoä chòu keùo ñöôøng haøn ñoái ñaàu, cöôøng ñoä ñöôøng haøn goùc Nbg = σw Abg - löïc truyeàn qua baûn gheùp N N _ Theo phöông phaùp chính xaùc : cho raèng noäi löïc N sau khi truyeàn qua ñöôøng haøn ñoái ñaàu coøn laïi seõ ñöôïc truyeàn qua baûn gheùp vaø ñöôøng haøn goùc, dieän tích tieát dieän baûn gheùp vaø chieàu daøi ñöôøng haøn goùc ñöôïc tính theo noäi löïc coøn laïi naøy. Löïc truyeàn qua baûn gheùp: Nbg = N - Atcb fw γc (II-13) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 12 Atcb fw γc - löïc truyeàn qua ñöôøng haøn ñoái ñaàu Dieän tích tieát dieän baûn gheùp : Abg = Nbg / f γc (II-14) Chieàu daøi ñöôøng haøn goùc lieân keát baûn gheùp vôùi theùp cô baûn: lw ≥ Nbg / γ (β(f,s) hf f(wf, ws) γc (II-15) 2.4. ÖÙNG SUAÁT HAØN a. Nguoàn goác phaùt sinh öùng suaát haøn Khi haøn, nhieät hoà quang laøm theùp ôû raõnh haøn vaø vuøng chung quanh bò noùng chaûy, khi nguoäi co ngoùt laïi gaây ra öùng suaát haøn. ÖÙng suaát haøn taïo ra bieán hình haøn. Xeùt ví duï : moät thanh theùp ngaøm hai ñaàu (H. II-21), sau ñoù ñoát noùng thanh theùp. Khi to < 6000C, thanh theùp seõ daõn ra moät ñoaïn, ∆l = α l ∆t vôùi l ∆l Hình II – 21 α - heä soá daõn nôû nhieät cuûa theùp, to ≈ 200C thì α = 0,000012, to ≈ 3000C thì α = 0,000018. l - chieàu daøi ban ñaàu thanh theùp ∆t = t2 - t1 - hieäu soá nhieät ñoä sau vaø tröôùc khi nung noùng thanh theùp Nhöng vì bò ngaøm chaët khoâng cho töï do giaõn nôû neân trong thanh theùp xuaát hieän öùng suaát trong thanh theùp. Khi t0 > 6000C, theùp bò deûo vì nhieät, öùng suaát treân maát ñi, tinh theå theùp saép xeáp laïi. Khi nguoäi thanh theùp seõ co laïi moät ñoaïn ∆l, nhöng vì bò ngaøm chaët khoâng theå co laïi ñöôïc neân trong noù seõ xuaát hieän öùng suaát keùo σ = E α ∆t (H. II-21). Vuøng coù khaû naêng xuaát hieän veát nöùt Co theo phöông doïc Co theo phöông ngang Hình II – 22: ÖÙng suaát haøn trong ñöôøng haøn ñoái ñaàu Xeùt ñh ñoái ñaàu (H. II-22), taùc duïng cuûa nhieät hoà quang haøn thì raõnh haøn vaø vuøng chung quanh bò chaûy loûng, khi nguoäi raõnh haøn bò co ngoùt, nhöng theùp ôû vuøng chung quanh chòu aûnh ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 13 höôûng ít cuûa nhieät hoà quang neân caûn trôû khoâng cho raõnh haøn co ngoùt, do ñoù vuøng chung quanh raõnh haøn sinh ra öùng suaát keùo. Hieän töôïng naøy töông töï nhö tröôøng hôïp ta xeùt thanh bò ngaøm chaët hai ñaàu ôû treân. ÖÙng suaát haøn coù theå laøm vuøng chung quanh raõnh haøn bò nöùt, hoaëc laøm cho keát caáu bò bieán daïng khoâng söû duïng ñöôïc. Do ñoù phaûi tìm moïi caùch ñeå traùnh öùng suaát haøn vaø bieán hình haøn. b. Nhöõng bieän phaùp ñeå traùnh öùng suaát haøn 42 31 5 7 86 31 42 75 6 8 9 10 9 10 Sau Trình töï haøn Tröôùc Hình II – 23: Theùp cô baûn uoán ngöôïc vôùi chieàu cuûa bieán hình haøn Khi thieát keá vaø gia coâng : • khoâng neân laáy kích thöôùc ñöôøng haøn dö ngoaøi yeâu caàu chòu löïc vaø caáu taïo. • giaûm bôùt taäp trung nhieät, traùnh ñöôøng haøn caét nhau, song song gaàn nhau. • choïn trình töï haøn ñuùng, sao cho öùng suaát do ñöôøng haøn sau sinh ra trieät tieâu vôùi öùng suaát cuûa ñöôøng haøn tröôùc. • ñhaøn daøy quaù caàn haøn nhieàu lôùp ñeå öùng suaát haøn cuûa lôùp sau seõ trieät tieâu vôùi öùng suaát haøn cuûa lôùp tröôùc. • uoán cong theùp cô baûn ngöôïc chieàu vôùi bieán hình haøn (H. II-23). • khi haøn döôùi nhieät ñoä thaáp caàn nung noùng theùp cô baûn ñeå giaûm bôùt cheânh leäch nhieät ñoä giöõa raõnh haøn vaø vuøng chung quanh. §3. LIEÂN KEÁT BULOÂNG 3.1 Phaân loaïi Trong keát caáu theùp thöôøng duøng 4 loaïi: thöôøng, chính xaùc, cöôøng ñoä cao vaø BL neo. • BL thöôøng (H. II-41) : saûn xuaát baèng pp reøn, ñoä chính xaùc thaáp, sai soá ñöôøng kính töø 0,75 ÷ 1.0 mm. dBL < dloã : 2 ÷ 3 mm. Theùp laøm BL : CT3. Ñoä bieán daïng tröôït lôùn (gaáp ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 14 khoaûng 10 laàn so vôùi lieân keát ñinh taùn) nhöng vaãn duøng roäng raõi trong KCT vì ñôn giaûn cheá taïo, thuaän lôïi döïng laép, chòu keùo töông ñoái lôùn. d h=0.5d h 2dd o D =1 .7 d S Hình II – 41: Bu loâng thöôøng Baûng B. 2-4. Ñöôøng kính buloâng, ñöôøng kính loã, dieän tích tieát dieän nguyeân vaø thu heïp Ñöôøng kính BL (mm) 12 14 16 18 20 22 24 27 30 36 Ñöôøng kính loã (mm) 14 16 18 20 22 24 26 29.5 32.5 39.5 Dieän tích tieát dieän nguyeân (cm2) 1.13 1.54 2.01 2.54 3.14 3.80 4.52 5.73 7.07 10.18 Dieän tích tieát dieän thu heïp (cm2) 0.86 1.18 1.57 1.92 2.45 3.03 3.52 4.59 5.60 8.20 • BL chính xaùc : saûn xuaát baèng phöông phaùp tieän, dBL = dloã. Bieán daïng tröôït cuûa lieân keát raát nhoû, khaû naêng chòu löïc khoâng keùm lieân keát ñinh taùn. Cheá taïo vaø laép döïng caàn ñoä chính xaùc cao neân ít duøng. • BL cöôøng ñoä cao : saûn xuaát baèng phöông phaùp tieän, duøng theùp coù cöôøng ñoä cao nhö theùp hôïp kim 40X, 40XÞA, 38XC. Khi vaën muõ BL caàn löïc coù duïng cuï ño ñeå khoáng cheá löïc keùo tröôùc trong thaân ñinh. Khi laøm vieäc noäi löïc truyeàn qua maët ma saùt cuûa caùc caáu kieän, giöõa thaân ñinh vaø thaønh loã luoân coù moät khe hôû. Heä soá ma saùt giöõa caùc maët cuûa caáu kieän coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán khaû naêng laøm vieäc cuûa lieân keát. • BL neo : duøng ñeå neo caáu kieän baèng theùp vaøo caáu kieän BTCT, chaúng haïn neo vì keøo theùp vaøo coät BTCT, neo coät theùp vaøo moùng BTCT. 3.2 Söï laøm vieäc lieân keát buloâng thöôøng, tinh _ Giai ñoaïn chòu löïc : • Khi ngoaïi löïc < löïc ma saùt : BL chæ chòu löïc keùo ban ñaàu. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 15 • Khi ngoaïi löïc > löïc ma saùt : caùc baûn theùp tröôït töông ñoái vôùi nhau, thaân BL tì saùt vaøo thaønh loã. • Löïc tröôït truyeàn qua lieân keát baèng söï eùp thaân leân thaønh loã, thaân BL chòu caét, uoán, keùo. • Löïc tröôït tieáp tuïc taêng, ñoä chaët lieân keát giaûm, ma saùt giaûm. Lieân keát coù theå bò phaù hoaïi do caét ngang thaân BL hoaëc xeù raùch baûn theùp. _ Khaû naêng chòu löïc : - Khaû naêng chòu caét cuûa 1 bu-loâng : [N]vb = nv A γb fvb = (π d2 / 4) nv γb fvb (II-30) A – dieän tích tieát dieän tính toaùn chòu cuûa thaân bu-loâng d - ñöôøng kính thaân bu-loâng (chöa ren) nv – soá löôïng maët caét treân thaân BL (thöôøng baèng soá theùp cô baûn tröø 1) γb - heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa lieân keát bu-loâng (xem Baûng 38 – TCXDVN 338 : 2005, ñoái vôùi bu-loâng thoâ (thöôøng) γbl = 0.9 vaø ñoái vôùi bu-loâng tinh γbl = 1.0). fvb - cöôøng ñoä tính toaùn chòu caét cuûa bu-loâng (xem Baûng 9 _ TCXDVN 338 : 2005) - Khaû naêng chòu eùp maët cuûa thaønh loã leân 1 bu loâng: [N]cb = d (Σt)min γb fcb (II-31) d - ñöôøng kính thaân bu-loâng (chöa ren) fcb - cöôøng ñoä tính toaùn eùp maët cuûa buloâng (xem Baûng 9 _ TCXDVN 338 : 2005) (Σt)min – toång chieàu daøy nhoû nhaát cuûa caùc baûn theùp bò tröôït veà moät beân - Khaû naêng chòu keùo cuûa 1 bu loâng : [N]tb = Abn ftb = (π do2 / 4) ftb (II-32) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 16 Abn – dieän tích tieát dieän thöïc cuûa thaân bu-loâng (xem Baûng B.4 _ TCXDVN 338 : 2005) d0 - ñöôøng kính bu-loâng sau khi ñaõ ren ftb - cöôøng ñoä tính toaùn chòu keùo cuûa bu-loâng (xem Baûng 9 _ TCXDVN 338 : 2005) Khaû naêng chòu löïc nhoû nhaát [ ] bminN = min {[N]vb , [N]cb , [N]tb} vaø thay vaøo caùc coâng thöùc (II-21), (II-25), (II-26) ñeå tính lieân keát bu-loâng thöôøng khi chòu löïc truïc, khi chòu löïc caét vaø momen. Khi duøng coâng thöùc (II-29), chuù yù thay phaàn beân phaûi baát ñaúng thöùc baèng [ ] bkN . Caàn kieåm tra khaû naêng chòu löïc cuûa theùp cô baûn sau khi ñaõ khoeùt loã. B¶ng 9 _ C−êng ®é tÝnh to¸n cña liªn kÕt mét bul«ng C−êng ®é chÞu c¾t vµ kÐo cña bul«ng øng víi cÊp ®é bÒn Tr¹ng th¸i lµm viÖc Ký hiÖu 4.6; 5.6; 6.6 4.8; 5.8 8.8; 10.9 C−êng ®é chÞu Ðp mÆt cña cÊu kiÖn thÐp cã giíi h¹n ch¶y d−íi 440 N/mm2 C¾t fvb fvb = 0,38 fub fvb = 0,4 fub fvb = 0,4 fub – KÐo ftb ftb = 0,42 fub ftb = 0,4 fub ftb = 0,5 fub – Ep mÆt : a. Bul«ng tinh – – – u u cb fE ff ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += 4106,0 b. Bul«ng th« vµ bul«ng th−êng fcb – – – u u cb fE ff ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += 3406,0 B¶ng 10 _ C−êng ®é tÝnh to¸n chÞu c¾t vµ kÐo cña bul«ng §¬n vÞ tÝnh : N/mm2 CÊp ®é bÒn Tr¹ng th¸i lµm viÖc Ký hiÖu 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 C¾t fvb 150 160 190 200 230 320 400 KÐo ftb 170 160 210 200 250 400 500 B¶ng 11 _ C−êng ®é tÝnh to¸n chÞu Ðp mÆt cña bul«ng fcb §¬n vÞ tÝnh: N/mm2 Gi¸ trÞ fcb Giíi h¹n bÒn kÐo ®øt cña thÐp cÊu kiÖn ®−îc liªn kÕt Bul«ng tinh Bul«ng th« vµ th−êng ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 17 0 380 400 420 440 450 480 500 520 540 435 515 560 600 650 675 745 795 850 905 395 465 505 540 585 605 670 710 760 805 3.3 Tính lieân keát BL chòu löïc caét vaø moment Laàn löôït qua caùc böôùc sau: - Choïn ñöôøng kính loã vaø boá trí BL. - Tính [N]min cuûa moät BL. - Kieåm tra khaû naêng chòu löïc cuûa BL. Löïc caét phaân phoái ñeàu cho taát caû caùc ñinh : V = Q / n (II-23) Q _ löïc caét taùc duïng leân lieân keát n - soá löôïng buloâng ñaõ boá trí treân lieân keát Xaùc ñònh löïc do M phaân phoái leân caùc BL giaû thieát lieân keát quay quanh taâm O (H. II-32). Löïc do momen phaân phoái leân caùc BL tyû leä thuaän vôùi khoaûng caùch töø BL ñoù ñeán taâm quay, BL caøng xa taâm quay chòu löïc caøng lôùn. Q M O Q Mri NiNmax rmax Hình II – 32: Tính lieân keát BL khi chòu löïc caét vaø momen N1 / r1 = N2 / r2 = N3 / r3 = ... (a) Coù theå vieát: N2 = N1 r2 / r1, N3 = N1 r3 / r1, ..., Nn = N1 rn / r1 (b) Ta laïi bieát: M = N1 r1 + N2 r2 + ... + Nnrn = ΣNi ri (c) Thay (b) vaøo (c): M = N1 r1 + N1 r22 / r1 + ... + N1r2n / r1 = N1 Σ r2i / r1 (d) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 18 Töø ñoù, noäi löïc do M phaân phoái cho BL xa nhaát chòu, cuõng laø BL chòu löïc lôùn nhaát : N1 = M r1 / Σ r2i (e) Caàn chuù yù 2i 2 i 2 i yΣxΣrΣ += (xi, yi - hình chieáu baèng vaø hình chieáu ñöùng cuûa khoaûng caùch ri) : N1 = M r1 / (Σ x2i + Σy2i) (II-24) Ñeå ñaûm baûo an toaøn cho lieân keát, noäi löïc trong BL xa nhaát phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: Nmax ≤ [ N ]min (II-25) Nmax - hôïp löïc cuûa V vaø N1 trong buloâng xa taâm quay nhaát Tröôøng hôïp lieân keát cao vaø heïp nhö khi noái baûn buïng daàm taùn, ta coù theå tính gaàn ñuùng baèng caùch boû qua thaønh phaàn ñöùng cuûa Ni vaø hình chieáu naèm ngang cuûa ri (H. II-33). h m ax h iM Q Q M O Ni Nmax Hình II – 33: Tính gaàn ñuùng lieân keát BL chòu löïc caét vaø momen Neáu ta thay caùc trò soá yi baèng caùc trò soá ei (H. II-33) ta ñöôïc: N1 = M (h1/2) / n1Σ (hi /2)2 = 2 M h1 / n1Σ hi2 (II-27) - Kieåm tra laïi khaû naêng chòu löïc cuûa TCB sau khi ñaõ bò khoeùt loã. Sau khi bò khoeùt loã öùng suaát trong TCB tính nhö sau : σ = M / Wn, τ = Q / An (tính gaàn ñuùng) Ñeå ñaûm baûo an toaøn theùp cô baûn phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: σtñ = √ (σ 2 + 3τ2) ≤ f (II-28) Wn - moment choáng uoán cuûa tieát dieän thu heïp, Wn = In / (h/2) = I – Iloã I, Iloã, In - laàn löôït laø moment quaùn tính cuûa tieát dieän, tieát dieän loã vaø tieát dieän thu heïp ñoái vôùi truïc trung hoøa. An - dieän tích tieát dieän thu heïp Khi tính lieân keát BL chòu moment, BL chòu keùo (H. II-34), ta xem toaøn boä lieân keát quay quanh taâm O. Töông töï nhö khi thaønh laäp coâng thöùc (H-24), löïc keùo lôùn nhaát seõ xaûy ra trong BL xa taâm quay nhaát, lieân keát ñaûm baûo an toaøn khi: N1 = M h1 / n1Σ hi2 ≤ π (d2/4) ftb (II-29) ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 19 hi - khoaûng caùch töø taâm quay O ñeán töøng BL n1 – BL trong haøng treân cuøng d - ñöôøng kính BL ftb - cöôøng ñoä tính toaùn chòu keùo cuûa BL (xem Baûng 9 _ TCXDVN 338 : 2005) Löïc caét cuûa loaïi lieân keát naøy thöôøng do goái ñôõ ñaõ haøn saün vaøo coät chòu. h 1 h 2 h 3 O N1 M Hình II – 34: Lieân keát chòu momen, BL taùn chòu keùo 3.4 Tính lieân keát bu-loâng cöôøng ñoä cao Khaû naêng chòu löïc cuûa 1 bu-loâng cöôøng ñoä cao tính theo coâng thöùc : [N]b = fhb γbl Abn (µ / γb2) (II-33) fhb – cöôøng ñoä tính toaùn chòu keùo cuûa BL cöôøng ñoä cao (laáy theo Ñieàu 4.2.5 TCXDVN 338 : 2005) trong ñoù fhb = 0.7 fub. Cöôøng ñoä keùo ñöùt tieâu chuaån fub cuûa theùp laøm bu-loâng cöôøng ñoä cao xem Baûng B.5, Phuï Luïc B, TCXDVN 338. γbl _ heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa lieân keát BL, phuï thuoäc soá löôïng BL, laáy nhö sau : γbl = 0.8 neáu na 10 Abn - dieän tích tieát dieän thöïc cuûa bu-loâng (xem Baûng B.4, Phuï Luïc B) µ - heä soá ma saùt laáy theo Baûng 39 γb2 _ heä soá ñoä tin caäy cuûa lieân keát laáy theo Baûng 39 Löïc keùo tröôùc trong thaân ñinh do xieát eâ-cu, laáy baèng P = fhb Abn (II-34) Soá löôïng buloâng CÑC na xaùc ñònh : na ≥ N / nf [N]b γc nf - soá löôïng maët ma saùt cuûa lieân keát 3.5 Hình thöùc lieân keát _ Lieân keát ñoái ñaàu (H. II-26a,b): duøng hai baûn gheùp hoaëc moät baûn gheùp (H. II-26b). Trong tröôøng hôïp naøy ñeå keå ñeán ñoä leäch taâm, taêng leân 10% soá löôïng buloâng so vôùi tính toaùn. _ Lieân keát gheùp choàng (H. II-26c). ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 20 _ Khi TCB coù chieàu daøy khaùc nhau : caàn theâm taám ñeäm keùo daøi ra ngoaøi baûn gheùp ñeå ñuû choã taùn theâm moät haøng BL, lieân keát rieâng taám ñeäm vôùi theùp cô baûn (H. II-26d). (b) (a) δ 1 δ 2 (c) (d) Hình II – 26: Hình thöùc lieân keát BL ñoái vôùi theùp baûn a. Lieân keát ñoái ñaàu coù baûn gheùp hai beân b. Lieân keát ñoái ñaàu coù baûn gheùp moät beân c. Lieân keát gheùp choàng d. Lieân keát hai taám theùp khoâng cuøng ñoä daøy Ñoái vôùi theùp baûn cuõng nhö theùp hình caàn chuù yù laø dieän tích tieát dieän baûn gheùp (hoaëc thanh theùp) bao giôø cuõng phaûi lôùn hôn hay baèng dieän tích tieát dieän theùp cô baûn taïi maët caét ñi qua khe lieân keát (Abg ≥ Acb). (c) (a) (d) (b) Hình II – 27: Lieân keát ñinh taùn duøng theùp hình. a. Duøng theùp coù cuøng soá hieäu ñeå laøm thanh gheùp b. Duøng theùp baûn ñeå laøm baûn gheùp c. Lieân keát theùp I d. Lieân keát theùp [ 3.6 Boá trí buloâng Coù theå boá trí song song (H. II-28a) hoaëc boá trí so le (H. II-28b). TCB khoâng bò khoeùt loå quaù nhieàu laøm aûnh höôûng ñeán khaû naêng chòu löïc cuûa lieân keát. Khoaûng caùch giöõa caùc BL, cuõng nhö khoaûng caùch giöõa BL vôùi meùp hoaëc ñaàu cuûa TCB vaø theùp baûn gheùp, khoâng ñöôïc nhoû hôn caùc trò soá trình baøy treân hình (H. II-28a, b) vaø Baûng 44. ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 21 N 4d 8δ 8d 12δ 4d 8δ 16 d 24 δ 16d 24δ (c) N 8d 12δ 4d 8δ N 12d 18δ 4d 8δ 12 d 18 δ N (b) eb < 10 0 e 2 e 1 e 2 e 1b ≥ 1 00 b ≥ 1 00 (d) a n n a (e) N 1. 5d 2d 3d (a) 3d NN 2d 1. 5d 3d N Hình II – 28: Boá trí buloâng treân theùp baûn vaø theùp hình a. Boá trí song song b. Boá trí so le c. Böôùc max d. Boá trí treân theùp goùc e. Boá trí treân theùp I, [ Baûng 44 _ Qui ñònh boá trí buloâng Ñaëc ñieåm cuûa khoaûng caùch Trò soá khoaûng caùch 1) Khoaûng caùch giöõa taâm ñinh theo höôùng baát kyø: a – Nhoû nhaát b – Lôùn nhaát trong caùc daõy bieân khi khoâng coù theùp goùc vieàn: chòu keùo vaø chòu neùn c - Lôùn nhaát trong caùc daõy giöõa vaø caùc daõy bieân khi coù theùp goùc vieàn: - Khi chòu keùo - Khi chòu neùn 2) Khoaûng caùch töø taâm ñinh tôùi meùp caáu kieän a- Nhoû nhaát doïc theo löïc b- Nhoû nhaát khi vuoâng goùc vôùi löïc : _ Khi meùp caét _ Khi meùp caùn c- Lôùn nhaát d- Nhoû nhaát ñ/v BL cöôøng ñoä cao khi meùp baát kyø vaø höôùng baát kyø Caùc kyù hieäu: d - ñöôøng kính loã ñinh t - chieàu daøy moûng hôn cuûa caáu kieän beân ngoaøi 2.5d 8d hoaëc 12t 16d hoaëc 24t 12d hoaëc 18t 2d 1,5d 1.2d 4d hoaëc 8d 1.3d ldhuan\giaotrinh\KCT1\C2-lienket(Jan07) 22 §4. HIEÅU BIEÁT CHUNG VEÀ LIEÂN KEÁT ÑINH TAÙN 4.1 Caáu taïo vaø phaân loaïi 1.6d Σδ (d) 1.7d d+1 d (c)(b)(a) 1.6d d l ñ 0. 6d d d = d + (1÷1.5)mmloã 0. 5d d 0. 7dα = 45o÷50o 0.8 d 1.6d Hình II – 24: Ñinh taùn _ Cheá taïo baèng theùp troøn, duøng pp reøn hoaëc daäp ñeå taïo thaønh muõ ñinh. _ Phaân loaïi : muõ baùn caàu (H. II-24a), ñaàu chìm (H. II-24b), ñaàu cao (H. II-24c). _ Chieàu daøi ñinh taùn tính theo coâng thöùc: lñ = 1.12 Σδ + 1.4 d (II-17) _ d = 16, 18, 20, 22, 24, 27 mm, dloã = 17, 19, 21, 23, 25, 28.5 mm. _ Theùp laøm ñinh coù soá hieäu töông öùng vôùi soá hieäu TCB nhöng coù ñoä giaõn daøi lôùn hôn. neáu theùp cô baûn coù soá hieäu CT3 thì duøng ñinh coù soá hieäu CT2 hoaëc CT3 ñinh. 4.2 Loã ñinh Loã ñinh coù aûnh höôûng lôùn ñeán khaû naêng chòu löïc cuûa lieân keát ñinh taùn. Thaønh loã caøng nhaün caøng chòu löïc toát. Coù ba phöông phaùp khoeùt loã ñinh. Ñoät loã: naêng suaát cao nhöng thaønh loã nhaùm, thieáu chính xaùc, chung quanh thaønh loã töø 1÷3 mm bò cöùng nguoäi. Khoan loã: thaønh loã nhaün, chính xaùc nhöng naêng suaát thaáp. Ñoät roài khoan : ñem TCB ñoät loã coù ñöôøng kính nhoû hôn ñöôøng kính thieát keá töø 1 ÷ 3mm, sau ñoù khoan caùc loã roäng ra ñeán ñöôøng kính thieát keá. Duøng phöông phaùp naøy vöøa coù naêng suaát cao laïi ñaûm baûo vò trí loã ñinh chính xaùc, thaønh loã nhaün vaø khoâng bò cöùng nguoäi.