Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông LỜI NÓI ĐẦU Qua những lần được nhà trường và khoa liên hệ cho đi thưc tập ngoài trường tại các công ty, chúng em là kỹ sư công nghệ hàn nhận biết được rằng ngoài những môn học như: Công nghệ hàn, Thiết bị hàn thì môn Kết cấu hàn cũng là một trong những môn học được ứng dụng rất nhiều trong thực tế mà chúng em cần nắm vững và phát triển. Kết cấu hàn là môn học được đưa vào trong chương trình đào tạo sinh viên nghành hàn, với mục tiêu trang bị cho sinh viên một lượng kiến thức và vận dụng một cách linh hoạt các kiến thức đã học của chuyên nghành hàn vào việc chế tạo các kết cấu cụ thể.Đồ án kết cấu hàn là một bài toán cần giải quyết các vấn đề về kết cấu bao gồm: thiết kế kết cấu, kiểm tra độ bền kết cấu, thiết kế mối hàn và kiểm tra độ bền mối hàn Đồ án môn học kết cấu là cơ hội để chúng em có thể kiểm tra và tổng hợp lại kiến thức đã học.Trong kỳ học này chúng em được giao đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn”. Sau thời gian nghiên cứu, đồ án của chúng em đã hoàn thành và được trình bày gồm 5 phần như sau: Phần I: Tổng quan. Phần II: Phân tích kết cấu. Phần III: Tính toán thiết kế kết cấu Phần IV: Xây dựng qui trình hàn Phần V: Kết luận- kiến nghị Trong quá trình thực hiện đồ án tuy đã cố tìm tòi, nghiên cứu tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong tổ môn đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Nguyễn Trọng Thông. Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót.Chúng em rất Trang 1 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án có được tính chính xác và hoàn thiện hơn. Chúng em chân thành cảm ơn! PHẦN I TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM Thép là một trong hai loại vật liệu quan trọng nhất trong xây dựng ở Việt Nam hiện tại, cùng với vật liệu bê tông cốt thép. Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát triển nhanh chóng, thay thế cho bê tông cốt thép (BTCT) trong phần lớn nhà xưởng, nhà nhịp lớn và nhiều công trình công cộng khác. Bài viết này nhấn mạnh sự phát triển của kết cấu thép qua nhiều thời kỳ và xu thế của nó trong tương lai từ đó định hướng về việc học tập môn học kết cấu thép như thế nào để đạt hiệu quả cao. I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU THÉP Ở VIỆT NAM Thời kỳ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20. Mọi công trình xây dựng, công nghệ chế tạo và thi công liên quan đến thép đều là của Pháp. Do bê tông cốt thép chỉ được áp dụng ở Việt Nam từ những năm 30 và hầu như không có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà công nghiệp và công trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái Các nhà xưởng lớn bằng thép đáng kể là: nhà máy xe lửa Gia Lâm, nhà máy rượu Hải Dương, các hàng ga máy bay ở Gia Lâm và Bạch Mai…Công nghệ và hình thức kết Trang 2 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông cấu là ở vào trình độ đương đại: thép cacbon thấp, liên kết đinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ đồ kết cấu cổ điển.(Cầu long biên) I.2.Thời kỳ những năm 50 và 60 : Sau khi hoà bình lập lại ở Đông Dương, miền Bắc Việt Nam bắt đầu xây dựng cơ sở cho nền công nghiệp hoá, trước hết là các nhà máy công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ. Lúc đó, thép là vật liệu hiếm có và rất quý giá, do hoàn toàn nhập từ các nước xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này, thép cũng rất quý và hiếm. Phương châm thiết kế kết cấu thép là: tiết kiệm ở mức cao nhất. Do đó, chỉ dùng thép cho những nhà xưởng lớn, có cầu trục nặng, cột cao và nhịp rộng. Điển hình là các nhà xưởng của Khu Liên hợp Gang thép Thái Nguyên. Tại đó, có những khung toàn thép với dàn nhịp 30 đến 40m, cột rỗng bậc thang đỡ cầu trục 20 đến 75tấn, dầm cầu trục nhịp 18m cao tới 2m. Lượng thép tính cho một mét vuông sàn là khá lớn: 70 đến 100kg/m 2 . Một công trình đáng kể nữa là nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao: phần lớn các phân xưởng nhiều tầng hay một tầng đều dùng kết cấu thép. Do việc sử dụng thép nhiều mà nhà máy này đã được hoàn thành nhanh hơn 1 năm so với viẹc dùng kết cấu bê tông, việc này đã mang lại lợi ích không nhỏ cho nền công nghiệp lúc đó, (theo ý kiến phát biểu của một vị lãnh đạo ngành xây dựng). Sơ đồ hệ thống kết cấu thông dụng là: dàn gồm các thép góc, cột và dầm tổ hợp tấm và thép cán; liên kết hàn, không dùng đinh tán. Trang 3 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Khu liên hợp gang thép thái nguyên I.2.Thời kỳ những năm 70 và 80: Bắt đầu sử dụng nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngoài. Điển hình là loại khung kho Tiệp. Đó là khung nhịp 12 đến 15m, dàn bằng thép ống, cột thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội. Khung này là nguyên là để làm kho cỏ, sang đến Việt Nam đã được cải tạo để làm kết cấu cho nhà xưởng có các cửa trời và cầu trục, nhà thể thao, và thậm chí cả ga hàng không. Ngoài ra, nhiều công trình dân dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân đạo trợ giúp nhập từ nước ngoài, được làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2 tầng. Phương châm tiết kiệm thép không còn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện cho vận chuyển, cho thi công, cho việc hoàn thành nhanh đã trở nên quyết định. Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ đó, kỹ thuật xây dựng đã được phát triển nhanh với sự hỗ trợ của công nghệ của các nước tiên tiến. Các xu hướng thiết kế là giống như của phương Tây: thép được áp dụng rộng rãi trong các công trình công nghiệp, xưởng đóng tàu, nhà Trang 4 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông cao tầng (tới 16 tầng), hang ga máy bay và cả nhà chung cư nhiều tầng. Hình ảnh xưởng đóng tàu I.3.Thời kỳ những năm 90 đến nay: Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và của ngành xây dựng, việc sử dụng thép đã tăng nhanh chưa từng thấy. Hầu như 100% nhà xưởng là làm hoàn toàn hay đại bộ phận bằng thép. Những mái nhà nặng nề bằng bê tông cốt thép đã biến mất, thay thế bằng mái tôn nhẹ đặt trên xà gồ thành mỏng. Không thấy ở đâu dàn BTCT, dầm mái BTCT đúc sẵn một thời phát triển. Trang 5 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Khung nhà xưởng Dầm là loại cấu kiện cơ bản trong kết cấu xây dựng.Về mặt chịu lực thì dầm chủ yếu chịu uốn. Ưu điểm nổi bật của dầm thép là cấu tạo rất đơn giản,chi phí cho chế tạo dầm không lớn, do đó dầm được sử dụng rất phổ biến. Với loại kết cấu nhịp lớn như sân vận động,hănga máy bay,nhà thi đấu,cầu đường bộ, đường sắt thì chỉ có dầm thép mới đáp ứng được.Bằng chứng là đã có rất nhiều công trình như nhà thi đấu, hănga Trang 6 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông máy bay,cầu đường bộ, đường sắt sử dụng dầm thép đã được xây dựng ở nước ta cũng như nhiều nơi khác trên khắp thế giới. So với các loại dầm khác như dầm bê tông cốt thép thì để vượt được các nhịp lớn, dầm thép cũng tốt hơn cả vì nó vừa có khối lượng bản thân nhẹ, vừa có khả năng chịu lực lớn, Do đó khi vượt nhịp lớn thì chiều cao dầm thép sẽ không quá lớn, tạo không gian sử dụng lớn. Với cách sử dụng tiết diện dầm thép thì việc thi công sẽ đơn giản hơn,thời gian thi công nhanh ( vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lông) công trình nhanh chóng được đưa vào sử dụng. Ngày nay, với xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật thì kết cấu thép ngày càng được nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện hơn, sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trong nhiều công trình khác nhau từ những công trình nhỏ như nhà ở, nhà máy, xí nghiệp cho đến các công trình đòi hỏi vượt nhịp lớn như nhà thi đấu, sân vận động, hănga máy bay, các cầu … Dầm thép có rất nhiều loại tiết diện khác nhau như dầm hình ( chữ I, C,hình tròn), dầm tổ hợp, dầm hộp,dầm có sườn lượn sóng,… Mỗi loại dầm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó tùy thuộc các điều kiện về loại kết cấu công trình, về giải pháp kiến trúc, thi công, điều kiện về kinh tế kỹ thuật,…mà sử dụng các loại dầm khác nhau.Chẳng hạn với những công trình cần vựơt nhịp nhỏ ( thường là < 6m) thì có thể sử dụng dầm thép hình, với những công trình lớn hơn ( < 18 m) thì có thể sử dụng loại dầm tổ hợp, với những công trình vượt nhịp > 36 m thì người ta có thể sử dụng dầm hộp… Sau một thời gian nghiên cứu đề tài của mình, chúng em tự nhận thấy rằng đối với kết cấu cầu và không có đường sắt chạy qua và với tải trọng như kết cấu chủ yếu chịu mômen uốn vậy thì chúng ta sẽ lựa chọn kết cấu là dầm hàn tổ hợp chữ I vì: Là dầm được làm từ các bản thép hoặc từ các bản thép và các thép hình.Vì dùng liên kết hàn để liên kết các bộ phận của dầm thì dầm được gọi là dầm tổ hợp hàn. Trang 7 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Dầm tổ hợp hàn gồm 3 bản thép, 2 bản đặt nằm ngang gọi là 2 cánh dầm, bản đặt thẳng đứng gọi là bụng dầm. Với dầm thép chữ I do có tiết diện đối xứng, lại có mômen chống uốn đối với trục x-x khá lớn nên rất hợp lý với những dầm chịu uốn phẳng như dầm sàn nhà,dầm sàn công tác, dầm cầu … Tính toán chi tiết của dầm như liên kết cánh với bụng,…cụ thể như sau: + Chọn tiết diện dầm + Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài, dày + Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của dầm tổ hợp + Ổn định tổng thể của dầm thép Ngoài cách tính cổ điển trên ngày nay người ta còn sử dụng phần mềm tính toán kết cấu Midas. Kinh nghiệm thiết kế cho thấy khi nhịp và tải trọng lớn ( l > 12m, q > 2000 daN/m) nếu dùng dầm hình thì hoặc là không đủ bền hoặc là độ cứng không đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể, nếu đủ thì kết cấu sẽ nặng nề và tốn thép.Trong trường hợp này dùng dầm tổ hợp sẽ kinh tế hơn. Do đó phạm vi áp dụng của dầm tổ hợp sẽ rộng rãi hơn. Trang 8 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU II.1. Các thông s ố : -Chiều dài cầu M = 18 mét -Số lượng xe nằm yên trên cầu n= 6 xe -Tải trọng mỗi xe Q= 80 tấn -Các xe được nằm dàn đều trên nhịp cầu II.2. Phân tích , ch ọn tiết diện dầm - Chọn dầm chữ I ( tổ hợp) - Vật liệu CT38 Tra bảng 5.1 cơ tính của thép thông dụng phân nhóm A ( TCVN 1765 – 25) Tr254 [VI] ta có:  Giới hạn chảy : σ c = 24 (kG/mm 2 ) = 2400 ( kG/ cm 2 )  Mô đun đàn hồi : E = 2,1.10 6 ( kG/ cm 2 )  Khối lượng riêng: γ = 7,85 ( g/cm 3 ) = 7,85.10 3 − ( kG/cm 3 ) - Với vật liệu dẻo: σ 0 = giới hạn chảy Bảng thống kê của thép CT38: Trang 9 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Giới hạn chảy ( kG/ cm 2 ) Mô đun đàn hồi ( kG/ cm 2 ) Khối lượng riêng ( kG/cm 3 ) σ c =2400 ( kG/ cm 2 ) E = 2,1.10 6 ( kG/ cm 2 ) γ =7,85.10 3 − ( kG/cm 3 ) Với tải trọng của chúng ta với tải trọng đặc trưng là chịu uốn lớn nhất ở giữa dầm và chịu cắt lớn nhất ở 2 đầu dầm. Lý do chọn dầm tổ hợp chữ I là do với yêu cầu của kết cấu là chịu lực tải trọng phân bố đều, dầm chữ I là tiết diện có mômen chống uốn lớn nhất với các tiết diện khác cùng diện tích.Dầm chữ I chia làm 2 loại, dầm định hình và dầm tổ hợp. Dầm tổ hợp Dầm định hình Dầm định hình có ưu điểm là tiết kiệm công chế tạo nhưng nhược điểm là độ dày bản bụng lớn quá yêu cầu về cường độ và ổn định cục bộ tuy nhiên dầm định hình vẫn được sử dụng phổ biến, chỉ khi không dung được dầm định hình mới dung dầm ghép. Dầm tổ hợp được tạo bởi các bản thép, liên kết với nhau bằng hàn hoặc đinh tán. Dầm hàn dễ chế tạo, do đó thường hay dùng. Dầm tổ hợp có thể chế tạo các kết cấu có kích thước lớn, tiết diện dầm có thể thay đổi theo chiều dài, do đó có thể tiết kiệm được vật liệu. Dầm chữ I có nhược điểm là chịu uốn trong mặt phẳng kém, chịu xoắn kém và dễ gây mất ổn định tổng thể, do đó cần phải có các liên kết theo phương ngang. Trang 10 [...]... pháp hàn: IV.1.Chọn tiết diện mối hàn: Trang 30 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Chọn tiết diện mối hàn: theo công thức tính toán sách kết cấu hàn ta có Min a ≥ - 0,5 = - 0,5 = 4 (mm) Max a = 0,7 mint =0,7.15 = 10,5 (mm) Ta chọn a = 8 (mm) Vậy cạnh mối hàn góc: K = 8 = 11,3 (mm) chọn K = 11 (mm) IV.2 Chế độ mối hàn góc: Do chiều dài mối hàn lớn nên chọn phương pháp hàn là hàn tự... ứng suất và biến dạng, khi hàn đường hàn góc liên kết cánh và bụng ,ở đầu đoạn dầm chỗ gần mối nối cần để lại một đoạn khoảng 500 mm  Hàn đường hàn nối bản bụng dầm trước (đường hàn số 1)  Tiếp theo là các đường hàn nối bản cánh dầm (đường hàn số 2) vì các đường này có tiết diện và độ co ngót ngang lớn  Cuối cùng hàn bổ sung các đoạn hàn liên kết (đương hàn số 3).các đường hàn số 3 có co ngót dọc không... liên kết với nhau bằng liên kết hàn góc Chiều cao dầm là kích thước cơ bản của dầm tổ hợp, chính nó đánh giá khả năng chịu lực và giá thành của dầm Trong quá trình chế tạo kết cấu việc tính toán và lựa chọn các kích thước hợp lý sẽ tạo cho kết cấu sự hoàn hảo nhất đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế Trang 11 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Thường trong quá trình chế tạo kết. .. số chế độ hàn dưới lớp thuốc bằng dòng xoay chiều: Chiều dày chi tiết (mm) Chuẩn bị mép hàn Trang 33 Vị trí thực hiện mối hàn Đường kính dây hàn (mm) Cường độ dòng điện hàn I (A) Điện áp hàn U (V) Tốc độ hàn vh (cm/s) Đồ án môn học: Kết cấu thép Vát mép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Hàn bằng điện cực nghiêng 15 5 700 35 0,62 Bảng thông số kích thước mối hàn: Bề rộng mối hàn b (mm) Chiều dày mối hàn a (mm)... f = 2300 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Vậy: Dầm thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể III.4.1.5 Chọn hệ thống dàn a) Chọn gân tăng cứng b) Chọn loại thép làm giằng c) Chọn bản mã IV XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN Độ bền của kết cấu phụ thuộc và độ bền của liên kết hàn Việc chọn kiểu mối hàn, phương pháp hàn, quy trình công nghệ hàn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của kết cấu Chọn phương... sở “đào Trang 35 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông tạo theo nhu cầu xã hội”gắn liền quá trình đào tạo với thực tế ngày nay Chúng em chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết cấu thép – Cấu kiện cơ bản NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT [I] Kết cấu hàn KCH NGUYỄN TRỌNG THÔNG [II] Sức bền vật liệu LÊ NGỌC HỒNG [III] Giáo trình Công nghệ hàn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI [IV] Kết cấu thép NXB KHOA... tiết diện như mô men kháng uốn W, bán kính quán tính I; tiết diện mất tính đối xứng, tâm uốn bị thay đổi, cuối cùng là đẩy nhanh tốc độ để dầm sớm bị phá hoại tổng thể Vì vậy cần tìm giả pháp cấu tạo tiết diện, cấu tạo dầm, sao cho sự mất ổn định cục bộ không xảy ra III.4.1 Ổn định cục bộ của bản cánh nén Trang 22 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Liên kết giữa cánh với bụng dầm được... bền Trang 34 Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau một thời gian nghiên cứu, tìm tòi và dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thông độ án môn học kết cấu hàn của em đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện đề tài em cũng đã tiếp thu và học hỏi được rất nhiều kiến thức có ích cho mình Đề tài lần này là dạng đề hoàn toàn mới vì vậy tuy đã hoàn thành đề tài... (mm) nên ta chọn chế độ hàn một lớp cho liên kết hàn dầm chữ I này Theo giáo trình Công nghệ hàn – ĐHBKHN ta có: Chọn dây hàn có đường kính d = 5 (mm), tra bảng 23 (T177) ta lấy mật độ dòng điện là J = 35 (A/mm2) Theo 43 –IV (T178) ta có: Trang 31 Đồ án môn học: Kết cấu thép Ih = GVHD: Nguyễn Trọng Thông J= = 687 (A) Lấy Ih = 700 (A) Trên hình 66 (T148), ta tìm được điện áp hàn U h = 35 (V) và hệ số.. .Đồ án môn học: Kết cấu thép GVHD: Nguyễn Trọng Thông Do những yêu cầu của kết cấu chúng ta chế tạo, sau khi phân tích chúng ta đi đến quyết định lựa chọn dầm ghép tổ hợp Dầm ghép tổ hợp chữ I gồm: + Hai bản cánh + Một bản bụng Các kích thước của dầm: • h: Chiều cao của dầm • bc: Chiều rộng cánh • hb: Chiều cao bụng • δb: Chiều dầy bản bụng • δc: Chiều dầy bản cánh Giữa hai bản cánh và bản . cấu hàn là một bài toán cần giải quyết các vấn đề về kết cấu bao gồm: thiết kế kết cấu, kiểm tra độ bền kết cấu, thiết kế mối hàn và kiểm tra độ bền mối hàn Đồ án môn học kết cấu là cơ hội để chúng. nghành hàn, với mục tiêu trang bị cho sinh viên một lượng kiến thức và vận dụng một cách linh hoạt các kiến thức đã học của chuyên nghành hàn vào việc chế tạo các kết cấu cụ thể .Đồ án kết cấu hàn. Tổng quan. Phần II: Phân tích kết cấu. Phần III: Tính toán thiết kế kết cấu Phần IV: Xây dựng qui trình hàn Phần V: Kết luận- kiến nghị Trong quá trình thực hiện đồ án tuy đã cố tìm tòi, nghiên