Bài tập Liên kết trong kết cấu thép

Bài tập: LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Bài 1 Cho liên kết như trong hình 1. Thanh kéo có mặt cắt ngang 12 × 150 mm2, bản nút có chiều dày 10 mm. Cả hai chi tiết đều bằng thép M270 cấp 250. Bu lông ASTM A307 có đường kính 22 mm. Lực dọc có hệ số bằng 170 kN. Hãy kiểm toán cường độ thiết kế của mối nối theo cắt , ép mặt và cắt khối. Hình 1 Hình cho bài 1 Bài 2 Cho liên kết như trong hình 2. Thanh kéo có mặt cắt ngang 12 × 140 mm2, bản nút có chiều dày 10 mm. Cả hai chi tiết đều bằng thép M270 cấp 345. Bu lông ASTM A307 có đường kính 20 mm. Hãy xác định cường độ thiết kế của mối nối theo cắt ,ép mặt và ̀ cắt khối . Hình 2 Hình cho bài 2 Bài 3 Cho liên kết như trong hình 3. Thanh chịu kéo là thép số hiệu C200 × 27,9, bản nút có chiều dày 10 mm. Cả hai chi tiết đều bằng thép M270 cấp 250. Bu lông ASTM A307 có đường kính 22 mm. Lực dọc có hệ số bằng 320 kN. Hãy kiểm toán cường độ thiết kế của mối nối theo sức kháng cắt , ép mặt và cắt khối. 1 Hình 3 Hình cho bài 3 Bài 4 Hình 4 biểu diễn mối nối hai thanh kéo có chiều dày 12 mm bằng hai bản ghép có chiều dày 8 mm. Các chi tiết đều bằng thép M270 cấp 345. Sử dụng bu lông ASTM A307 có đường kính 22 mm. Hãy xác định cường độ thiết kế của mối nối dựa trên sức kháng cắt , ép mặt và cắt khối. Hình 4 Hình cho bài 4 Bài 5 Xác định số bu lông cần thiết dựa trên cắt và ép mặt và bố trí dọc trên đường a-b trong hình 5. Sử dụng bu lông ASTM A307. Thanh kéo gồm hai thép góc đều cánh có số hiệu L102×102×9,5 . Thép kết cấu và bản nút loại M270 cấp 250. Lực dọc trục có hệ số Pu = 500 kN. 2 Hình 5 Hình cho bài 5 Bài 6 Tính toán và bố trí bu lông A307 cho mối nối trong hình 6 theo cắt , ép mặt và cắt khối. Các thanh kéo là thép bản có kích thước 12 mm × 150 mm , các bản ghép có chiều dày 8 mm. Các chi tiết làm bằng thép M270 cấp 250. Lực kéo có hệ số bằng 300 kN. Hình 6 Hình cho bài 6 Bài 7 Cho một liên kết thép góc với bản nút bằng bu lông cường độ cao A325 d = 24 mm, lỗ chuẩn. Thép kết cấu M270 cấp 250, bề mặt loại A. Đường ren của bu lông cắt ngang mặt phẳng cắt của mối nối. Hãy xác định cường độ thiết kế của mối nối dựa trên sức kháng cắt , ép mặt và cắt khối. Hình 7 Hình cho bài 7 Bài 8 Tính số bu lông A325 cần thiết và bố trí theo kích thước đã cho trên bản ghép của mối nối (hình 8). Các thanh kéo có mặt cắt ngang 12 mm × 300 mm. Thép kết cấu M270 cấp 345, bề mặt loại A. Bu lông cường độ cao có lỗ chuẩn, làm việc chịu ép mặt. Đường ren bu 3 lông cắt mặt phẳng cắt của mối nối. Lực kéo có hệ số ở TTGH cường độ bằng 500 kN, Lực kéo ở TTGHSD là 300kN Hình 8 Hình cho bài 8 Bài 9 Một thanh kéo được nối với bản nút bằng bu lông cường độ cao A325, d = 27 mm, lỗ chuẩn, như trong hình 9. Thép kết cấu loại M270 cấp 250, bề mặt loại A. Bu lông làm việc chịu ma sát (sự trượt không được phép). Giả thiết rằng đường ren bu lông cắt qua mặt phẳng cắt của mối nối. Hãy xác định tải trọng có hệ số lớn nhất ở TTGH cường độ và ở TTGH sử dụng mà liên kết có thể chịu được. Xét đến tất cả các trường hợp phá hoại có thể xảy ra. Hình 9 Hình cho bài 9 Bài 10 Kiểm toán liên kết cho trong hình 10. Thanh kéo là thép góc không đều cạnh số hiệu L152×89×12,7. Bản nút có chiều dày 10 mm. Thép kết cấu loại M270 cấp 345, bề mặt loại A. Bu lông cường độ cao A325 đường kính 27 mm, lỗ chuẩn, làm việc chịu ma sát. Giả thiết rằng đường ren bu lông không cắt qua mặt phẳng cắt của mối nối. Lực dọc có hệ số ở TTGH cường độ Pu = 600 kN, lực dọc có hệ số ở TTGH sử dụng Pa = 350 kN. 4 Hình 10 Hình cho bài 10 Bài 11 Hãy thiết kế mối nối một cấu kiện chịu kéo là thép góc đơn L127×127×9,5 với một bản nút bằng bu lông theo các điều kiện sau: • Lực kéo có hệ số ở TTGH cường độ Pu = 350 kN • Lực kéo có hệ số ở TTGH sử dụng Pa = 250 kN • Bu lông cường độ cao A325, không cho phép trượt, đường ren bu lông cắt qua mặt phẳng cắt của mối nối • Bản nút có chiều dày 10 mm • Thép M270 cấp 250 cho cả thanh kéo và bản nút, bề mặt loại A. Bài 12 Hãy thiết kế mối nối một cấu kiện chịu kéo là hai thép máng C250×30 với một bản nút bằng bu lông theo các điều kiện sau: • Lực kéo có hệ số Pu = 1000 kN • Bu lông cường độ cao A325, làm việc chịu ép mặt (được phép trượt), đường ren bu lông không cắt qua mặt phẳng cắt của mối nối • Bản nút có chiều dày 12 mm • Thép M270 cấp 250 cho cả thanh kéo và bản nút, bề mặt loại A. Bài 13 Kiểm toán mối nối cho trong hình 11. Sử dụng bu lông A307, đường kính 22 mm. Các cấu kiện bằng thép M270 cấp 250. 5 Hình 11 Hình cho bài 13 Bài 14 Kiểm toán mối nối cho trong hình 12. Sử dụng bu lông cường độ cao A325, đường kính 22 mm, lỗ chuẩn, làm việc chịu ép mặt. Giả thiết rằng đường ren bu lông cắt qua mặt phẳng cắt của mối nối. Các cấu kiện bằng thép M270 cấp 345. Hình 12 Hình cho bài 14 Bài 15 Hãy tính lực dọc có hệ số lớn nhất được chịu bởi mối nối cho trong hình 13. Xét đến tất cả các trạng thái giới hạn. Thanh kéo là thép máng C200 × 28, bằng thép M270 cấp 485W. Bản nút bằng thép M270 cấp 250. Đường hàn góc có chiều dày 6 mm được chế tạo bằng que hàn E70XX có cường độ . exx 485 MPaF = 6 Hình 13 Hình cho bài 15 Bài 16 Kiểm toán mối nối cho trong hình 14. Toàn bộ thép kết cấu là M270 cấp 250. Đường hàn góc có chiều dày 8 mm được chế tạo bằng que hàn E70XX có cường độ . Thanh kéo gồm hai thép góc có số hiệu L127×89×7,9, cả hai thép góc đều được hàn như trong hình vẽ. Lực dọc có hệ số bằng 550 kN. exx 485 MPaF = Hình 14 Hình cho bài 16 Bài 17 Hãy xác định lực dọc có hệ số lớn nhất được chịu bởi liên kết cho trong hình 15. Thanh kéo gồm hai bản có kích thước 10 mm × 80 mm, bản nút có kích thước 12 mm × 160 mm. Tất cả các cấu kiện đều bằng thép M270 cấp 250. Đường hàn góc có chiều dày 8 mm được chế tạo bằng que hàn có cường độ exx 485 MPaF = . Hình 15 Hình cho bài 17 7 Bài 18 Hãy thiết kế mối nối trong hình 16 bằng đường hàn góc. Tải trọng có hệ số bằng 500 kN. Thanh kéo gồm hai thép góc bằng thép M270 cấp 345, bản nút bằng thép M270 cấp 250. Sử dụng que hàn E70XX có cường độ exx 485 MPaF = . Hình 16 Hình cho bài 18 Bài 19 Hãy thiết kế mối nối trong hình 17 bằng đường hàn góc. Tải trọng có hệ số bằng 1000 kN. Thanh kéo là một thép máng bằng thép M270 cấp 345, bản nút bằng thép M270 cấp 250. Sử dụng que hàn E70XX có cường độ exx 485 MPaF = . Hình 17 Hình cho bài 19 Bài 20 Hãy kiểm toán mối nối bằng đường hàn góc trong hình 18. Tải trọng có hệ số bằng 250 kN. Các cấu kiện đều bằng thép M270 cấp 250. Đường hàn góc có chiều dày 12 mm được chế tạo bằng que hàn có cường độ exx 485 MPaF = . 8 Hình 18 Hình cho bài 20 Bài 21 Hãy kiểm toán mối nối bằng đường hàn góc cho trong hình 19. Lực dọc có hệ số bằng 350 kN. Các cấu kiện đều bằng thép M270 cấp 345. Đường hàn góc có chiều dày 10 mm được chế tạo bằng que hàn có cường độ exx 485 MPaF = . Hình 19 Hình cho bài 21 Bài 22 Hãy thiết kế mối nối hàn liên kết một thép góc với một bản nút (theo hai phương án: liên kết chịu lực lệch tâm và liên kết chịu lực dọc trục) (hình 20). Các cấu kiện đều bằng thép M270 cấp 250. Đường hàn góc có chiều dày 8 mm được chế tạo bằng que hàn có cường độ . Tải trọng có hệ số bằng 450 kN, tác dụng theo trục trọng tâm của thép góc. exx 485 MPaF = Hình 20 Hình cho bài 22 9 I. Bμi tËp phÇn cÊu kiÖn chÞu kÐo A. Bμi to¸n tÝnh duyÖt Bμi 1: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 650kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 22mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 40 40 70 75 70 70 70 70 Pu L 152x102x12.7 57 64 31 (§¬n vÞ = mm) Bμi 2: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 2000kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 22mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. (§¬n vÞ = mm)W 410x67 uP 60 80 80 80 60 Bμi 3: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu =1000kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 22mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. (§¬n vÞ = mm) 60606050 C 310x31 u P 10 Bμi 4: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu =1000kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 22mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. 60 13 4 60 100 100 100 100 C 250x30 u P (§¬n vÞ = mm) Bμi 5: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 400kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 19mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 57 64 51 (§¬n vÞ = mm) 40 60 60 6060 L 152x89x7.9 Pu Bμi 6: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt bu l«ng ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 1200kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 19mm, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. (§¬n vÞ = mm) 60 60606040 uP C 250x45 80 80 10 6 80 11 Bμi 7: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt hμn ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 700kN, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 15 2 200 L 152x102x12.7 uP (§¬n vÞ = mm) Bμi 8: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt hμn ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 700kN, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. Pu L 152x102x12.7 200 15 2 (§¬n vÞ = mm) Bμi 9: TÝnh duyÖt thanh chÞu kÐo cã liªn kÕt hμn ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y (coi liªn kÕt ë ®Çu thanh ®· ®ñ chÞu lùc). BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 700kN, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. (§¬n vÞ = mm) 15 2 100 L 152x102x12.7 uP B. Bμi to¸n thiÕt kÕ Bμi 1: ThiÕt kÕ thanh chÞu kÐo b»ng 1 thanh thÐp gãc kh«ng ®Òu c¸nh, liªn kÕt víi b¶n nèi b»ng 2 hμng bu l«ng (mçi hμng cã Ýt nhÊt 3 bu l«ng) ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 900kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 19mm; 12 thanh chÝnh chÞu øng suÊt kh«ng ®æi dÊu, dμi L = 6,5m; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. uP 2 hμng bu l«ng Bμi 2: ThiÕt kÕ thanh chÞu kÐo b»ng 2 thanh thÐp gãc ®Òu c¸nh ®−îc gi¶ thiÕt ghÐp cøng víi nhau, liªn kÕt víi b¶n nèi b»ng 1 hμng bu l«ng (mçi hμng cã Ýt nhÊt 3 bu l«ng) ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 580kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 19mm, thanh chÝnh chÞu øng suÊt kh«ng ®æi dÊu, dμi L = 4,0m; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 1 hμng bu l«ng Pu 10 (§¬n vÞ = mm) Bμi 3: ThiÕt kÕ thanh chÞu kÐo b»ng 1 thanh thÐp C, liªn kÕt víi b¶n nèi b»ng 3 hμng bu l«ng (mçi hμng cã Ýt nhÊt 3 bu l«ng) ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 1100kN, bu l«ng cã ®−êng kÝnh 19mm, thanh chÝnh chÞu øng suÊt kh«ng ®æi dÊu, dμi L = 4,0m; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. 3 hμng bu l«ng u P Bμi 4: ThiÕt kÕ thanh chÞu kÐo b»ng 2 thanh thÐp C ®−îc gi¶ thiÕt ghÐp cøng víi nhau, liªn kÕt víi b¶n nèi b»ng 2 hμng bu l«ng (mçi hμng cã Ýt nhÊt 3 bu l«ng) ë ®Çu thanh nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc kÐo tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 2300kN, bu l«ng cã ®−êng 13 kÝnh 19mm, thanh chÝnh chÞu øng suÊt kh«ng ®æi dÊu, dμi L = 6,0m; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. P u 2 hμng bu l«ng 10 (§¬n vÞ = mm) II. Bμi tËp phÇn cÊu kiÖn chÞu nÐn A. Bμi to¸n tÝnh duyÖt Bμi 1: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn b»ng 1 thanh thÐp W360x110. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 1900kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 6,1m; ®−îc liªn kÕt khíp ë 2 ®Çu, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. Bμi 2: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 3500kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 8,0m; liªn kÕt 1 ®Çu khíp, 1 ®Çu ngμm; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 450 16 30 0 12 16 Bμi 3: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 3000kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 5,0m; liªn kÕt 1 ®Çu ngμm, 1 ®Çu tù do; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. 450 16 30 0 16 300 12 12 14 Bμi 4: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 7000kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 7,0m; liªn kÕt khíp ë 2 ®Çu; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. W 250x89 W 410x67 W 410x67 Bμi 5: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 2000kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 6,5m; liªn kÕt khíp ë 2 ®Çu; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. W 250x28 C 310x31 C 310x31 Bμi 6: TÝnh duyÖt thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TTGHC§ lμ Pu = 2500kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 6,5m; liªn kÕt khíp ë 2 ®Çu, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. C 310x31C 310x31 W 250x28 B. Bμi to¸n thiÕt kÕ Bμi 1: ThiÕt kÕ thanh chÞu nÐn b»ng W 460. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TGHC§ lμ Pu = 2900kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 7,5m; liªn kÕt khíp ë 2 ®Çu, thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. 15 Bμi 2: ThiÕt kÕ thanh chÞu nÐn cã kÝch th−íc tiÕt diÖn d¹ng ch÷ H nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TGHC§ lμ Pu = 2000kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 7,0m; liªn kÕt 1 ®Çu ngμm, mét ®Çu khíp; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. ft d bf tw t f D Bμi 3: Chän mÆt c¾t cét chÞu nÐn ®óng t©m, tiÕt diÖn cã d¹ng nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TGHC§ lμ Pu = 5000kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 5,5m; liªn kÕt 1 ®Çu ngμm, 1 ®Çu tù do; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. b h Bμi 4: Chän mÆt c¾t cét chÞu nÐn ®óng t©m, tiÕt diÖn cã d¹ng nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TGHC§ lμ Pu = 2200kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 6,5m; liªn kÕt khíp ë hai ®Çu; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 250. b h 16 Bμi 5: Chän mÆt c¾t cét chÞu nÐn ®óng t©m, tiÕt diÖn cã d¹ng nh− h×nh vÏ d−íi ®©y. BiÕt lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông ë TGHC§ lμ Pu = 2500kN, thanh thuéc bé phËn chÝnh dμi L = 6,5m; liªn kÕt khíp ë hai ®Çu; thÐp thanh dïng lo¹i A709M cÊp 345. b h IV. BÀI TẬP PHẦN SƯỜN TĂNG CƯỜNG GỐI Bài 1 Chọn kích thước STC gối và bố trí cho tiết diện dầm chữ I. Biết: - Kích thước tiết diện: d = 1460mm, tw = 10mm, bf = 400mm, tf = 30mm; - Phản lực gối có hệ số ở TTGHCĐ Ru = 2500kN; - Thép làm dầm và STC gối theo ASTM A709M cấp 345. Bài 2 Chọn kích thước STC gối và bố trí cho tiết diện dầm chữ I. Biết: - Kích thước tiết diện: d = 1140mm, tw = 10mm, bf = 300mm, tf = 30mm; - Phản lực gối có hệ số ở TTGHCĐ Ru = 500kN; - Thép làm dầm và STC gối theo ASTM A709M cấp 250. 17