KẾT CẤU THÉP  Chương Tổng quan Kết Cấu Thép  Chương Vật Liệu Sự Làm Việc KC Thép  Chương Liên Kết Kết Cấu Thép  Chương Dầm Thép  Chương Cột Thép  Chương Dàn Thép KẾT CẤU THÉP Chương VẬT LIỆU & SỰ LÀM VIỆC CỦA KCT NỘI DUNG I Vật liệu thép II Sự làm việc thép chịu tải trọng III Quy cách cán thép dùng xây dựng IV Phương pháp tính toán KCT I VẬT LIỆU THÉP Định nghĩa Phân loại thép Cấu trúc thành phần hóa học Thép xây dựng Biểu đồ kéo thép – quan hệ - Định nghĩa - Luyện quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4…)  Gang (hợp kim Fe C) với C ≥ 1,7% - Khử bớt C  Thép - Nếu: + Lượng C ≥ 1,7%  GANG + Lượng C < 1,7%  THÉP Thành phần hóa học, phương pháp luyện khác  nhiều loại thép Phân loại thép a Theo thành phần hóa học - Thép cacbon: %C < 2,0%, hợp kim khác + Thép cacbon đặc biệt cao (C=1,0-2,0%): độ cứng cao, dùng làm dụng cụ dao cắt, búa, … + Thép cacbon cao (C=0,6-1,0%): độ bền cao, dùng làm lò xo, nhíp xe … + Thép cacbon vừa (C=0,3-0,6%): chống bào mòn tốt, dùng làm thép định hình ứng dụng khí + Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, rèn, dùng nhiều xây dựng: thép cán nguội, …  THÉP XÂY DỰNG Phân loại thép a Theo thành phần hóa học - Thép hợp kim: Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền)…  nâng cao chất lượng thép, cứng thép carbon + Thép hợp kim cao (tổng hàm lượng > 10%) Vd: thép Mn cao 13%  dùng cho môi trường chịu ăn mòn cao gầu xúc, xích xe tăng, … + Thép hợp kim vừa : tổng hàm lượng hợp kim 2,5-10% + Thép hợp kim thấp  THÉP XÂY DỰNG (%hk < 2,5%) Phân loại thép b Theo phương pháp luyện thép - Luyện lò quay - Luyện thép lò (lò Martin) c Theo mức độ khử oxy Thép lỏng rót vào khuôn  để nguội cho kết tinh lại Tùy phương pháp để lắng nguội: - Thép sôi: chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại dòn lão hóa - Thép tĩnh: đắt thép sôi, dùng công trình chịu tải trọng động, công trình quan trọng - Thép nửa tĩnh: trung gian hai thép Cấu trúc thành phần hóa học thép Cấu trúc thép carbon thấp [µm] a Cấu trúc thép - Cấu trúc vi mô thép bao gồm thành phần sau:  Ferit (99% thể tích): hạt màu sáng, có tính mềm, dẻo  Xementit (hợp chất sắt cacbua Fe3C): cứng dòn - Xementit hỗn hợp với Ferit thành Peclit, lớp mỏng màu thẫm nằm hạt Ferit  Lớp Peclit bao quanh hạt Ferit định làm việc tính chất dẻo thép  Thép nhiều C  màng Peclit dày, thép cứng Cấu trúc thành phần hóa học thép 10 b Thành phần hóa học thép - Thép cacbon thành phần Fe C, có:  Mn: tăng cường độ, độ giai thép, > 1,5%  thép giòn  Si: chất khử oxy, cho vào thép tĩnh làm tăng cường độ, giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn  < 0,3% với thép cacbon thấp  P: giảm tính dẻo, độ dai va đập, thép giòn nhiệt độ thấp  S: làm thép giòn nóng to cao  dễ bị nứt hàn, rèn  N, O2: làm thép bị giòn, giảm cường độ - Thép hợp kim: thêm vào thép cacbon Cu, Ni, Cr, Ti, … làm tăng tính học, tăng độ bền chống gỉ, … Sự phá hoại giòn thép 23 c Chịu tải trọng lặp  Tải trọng lặp  mỏi vật liệu  phá hoại dòn  ứng suất phá hoại ff (n,) < b Sự phá hoại giòn thép 24 d Ảnh hưởng nhiệt độ   Nhiệt độ dương:  t = 200-300oC : đặc tính thép thay đổi  t = 300-330oC : thép giòn  t = 500oC : c= 140MPa  t = 600oC : c= 40MPa  t = 600-650oC : c= 0MPa  t = 700oC : thép đỏ hồng  t > 1500oC : thép bắt đầu chuyển sang thể lỏng Nhiệt độ âm: t = - 45  - 60oC  thép dòn, dễ nứt Sự phá hoại giòn thép 25 a b c d e f Hiện tượng cứng nguội Trạng thái ứng suất phức tạp Chịu tải trọng lặp Ảnh hưởng nhiệt độ Sự hóa già thép Độ giai va đập III QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 26 Thép hình Thép Thép hình dập, cán nguội Thép hình 27 a Thép góc: dài 4÷13m  Thép góc cạnh theo TCVN 1656:1993   Vd: L40x4  Số hiệu từ L20x3 - L250x35 Thép góc không cạnh theo TCVN 1657 : 1993   Vd: L63x40x4B  Từ L30x20x3 - L200x150x25 Cấp xác chế tạo:  A : cấp xác cao  B : cấp xác thường Thép góc ứng dụng Thép hình 28 b Thép chữ I : dài 4÷13m   Thép chữ I theo TCVN 1655-75  Vd: I30  Số hiệu từ I10 - I60  Từ I18 – I30 có thêm tiết diện cánh rộng, vd : I22a Dùng làm  Dầm chịu uốn, cột: độ cứng theo phương trục x lớn, tăng cường độ cứng theo trục y cách mở rộng cánh tổ hợp  Bất lợi: cánh hẹp vát bên  khó liên kết Thép chữ I ứng dụng Thép hình 29 c Thép chữ [ : dài 4÷13m  Thép chữ [ theo TCVN 165475  Vd: [ 22  [5 - [40, từ [14 – [24 có thêm tiết diện cánh rộng dày hơn, vd : [22a  Thép [ dùng làm  Liên kết thuận lợi, liên kết cánh bất lợi  Dầm chịu uốn, đặc biệt xà gồ mái, cột – tiết diện tổ hợp Thép chữ [ ứng dụng Thép hình 30 d Các loại thép hình khác  Thép chữ I cánh rộng  h lên đến 1000mm  Cánh có mép song song   dễ liên kết  Dùng làm dầm, cột  Giá thành cao Thép ống:  Chịu lực tốt, chống xoắn tốt  Dùng kết cấu dàn, cột Thép hình khác Thép 31 - - - Thép phổ thông: kết cấu bản, … - dày 4-60mm - rộng 160-1050mm - dài – 12 m Thép dày: kết cấu bản, … - dày – 160 mm - rộng 600 – 3000 mm - dài – m Thép mỏng: tạo thành mỏng cán nguội - dày 0,2 – mm - rộng 600 – 1400 mm - dài 1,2 – m Thép hình dập, cán nguội 32 - Cán nguội từ thép mỏng (1-8mm)  kết cấu thành mỏng - Dùng cấu kiện chịu lực nhỏ : xà gồ mái, tôn lợp mái, … - Tham khảo tiêu chuẩn nước  eurocode Thép cán nguội IV PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KCT 33 Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính toán Tải trọng tác động Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn 34 TTGH: trạng thái mà kết cấu không thỏa mãn yêu cầu đặt  TTGH 1: khả chịu lực không sử dụng - Phá hoại bền - Mất ổn định, cân vị trí, kết cấu bị biến đổi hình dạng NS N: nội lực kết cấu S: khả chịu lực kết cấu  TTGH 2: kết cấu không sử dụng bình thường đươc - Bị võng, lún, bị nứt, bị rung   [] : biến dạng, chuyển vị kết cấu []: biến dạng, chuyển vị cho phép Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính toán 35  Cường độ tiêu chuẩn  Xác định dựa phương pháp thống kê, độ tin cậy > 0,95  Thép có biến dạng chảy dẻo: fy=c  Thép biến dạng chảy trường hợp cho phép kết cấu làm việc chảy dẻo  fy=b Sự thay đổi cường độ đàn hồi thép Fe E355 Thực 60 thí nghiệm kéo Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính toán 36  C độ tính toán = C độ tiêu chuẩn / hệ số an toàn vật liệu gM Ký hiệu Cường đô tính toán Kéo, nén, uốn - theo giới hạn chảy - theo giới hạn bền f ft f=fy/gM ft=fu/gM Trượt fv fv=0,58fy/gM Ép mặt lên đầu mút (khi tì sát) fc fc=fu/gM Ép mặt khớp trụ tiếp xúc chặt fcc fcc=0,5fy/gM Ép mặt theo đường kính lăn fcd fcd=0,025fy/gM Trạng thái làm việc  gM= 1,05 thép có c  380MPa V TÍNH TOÁN CẤU KIỆN 37 Cấu kiện chịu kéo tâm Cấu kiện chịu uốn Cấu kiện chịu nén tâm Cấu kiện chịu kéo lệch tâm, nén lệch tâm [...]... 590MPa - Dùng thép cường độ cao  tiết kiệm vật liệu 25-30% II SỰ LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU THÉP 16 1 Sự làm việc chịu kéo 2 Sự phá hoại giòn của thép 1 Sự làm việc chịu kéo 17 a Biểu đồ ứng suất – biến dạng khi kéo  OA: giai đoạn tỉ lệ  tl  A’B: gđ đàn hồi dẻo  BC: gđ chảy dẻo  CD: gđ củng cố Biểu đồ kéo của thép các bon thấp 1 Sự làm việc chịu kéo 18 a Biểu đồ ứng suất – biến dạng khi kéo  Thép cac... dẻo, vật liệu làm việc trong vùng chảy dẻo 2 Sự phá hoại giòn của thép 20 a Hiện tượng cứng nguội Hiện tượng tăng tính dòn của thép sau khi bị biến dạng dẻo  Thép trở nên cứng hơn  Giới hạn đàn hồi cao hơn  Biến dạng khi phá hoại nhỏ hơn Sự cứng nguội của thép 2 Sự phá hoại giòn của thép 21 b Trạng thái ứng suất phức tạp Xét 1 trạng thái ứng suất phẳng ( 1, 2 )  Sự chảy của vật liệu:  = ( 1- 2)/2... 15 00oC : thép bắt đầu chuyển sang thể lỏng Nhiệt độ âm: t = - 45  - 60oC  thép dòn, dễ nứt 2 Sự phá hoại giòn của thép 25 a b c d e f Hiện tượng cứng nguội Trạng thái ứng suất phức tạp Chịu tải trọng lặp Ảnh hưởng của nhiệt độ Sự hóa già của thép Độ giai va đập III QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 26 1 Thép hình 2 Thép tấm 3 Thép hình dập, cán nguội 1 Thép hình 27 a Thép góc: dài 4 13 m  Thép góc... - Thép tấm phổ thông: kết cấu tấm bản, … - dày 4-60mm - rộng 16 0 -10 50mm - dài 6 – 12 m Thép tấm dày: kết cấu tấm bản, … - dày 4 – 16 0 mm - rộng 600 – 3000 mm - dài 4 – 8 m Thép tấm mỏng: tạo các thanh thành mỏng bằng cán nguội - dày 0,2 – 4 mm - rộng 600 – 14 00 mm - dài 1, 2 – 4 m 3 Thép hình dập, cán nguội 32 - Cán nguội từ thép tấm mỏng (1- 8mm)  kết cấu thành mỏng - Dùng các cấu kiện chịu lực nhỏ... lợi, liên kết cánh bất lợi  Dầm chịu uốn, đặc biệt xà gồ mái, cột – tiết diện tổ hợp Thép chữ [ và các ứng dụng 1 Thép hình 30 d Các loại thép hình khác  Thép chữ I cánh rộng  h có thể lên đến 10 00mm  Cánh có mép song song   dễ liên kết  Dùng làm dầm, cột  Giá thành cao Thép ống:  Chịu lực tốt, chống xoắn tốt  Dùng trong kết cấu thanh dàn, cột Thép hình khác 2 Thép tấm 31 - - - Thép tấm phổ... góc đều cạnh theo TCVN 16 56 :19 93   Vd: L40x4  Số hiệu từ L20x3 - L250x35 Thép góc không đều cạnh theo TCVN 16 57 : 19 93   Vd: L63x40x4B  Từ L30x20x3 - L200x150x25 Cấp chính xác khi chế tạo:  A : cấp chính xác cao  B : cấp chính xác thường Thép góc và các ứng dụng 1 Thép hình 28 b Thép chữ I : dài 4 13 m   Thép chữ I theo TCVN 16 55-75  Vd: I30  Số hiệu từ I10 - I60  Từ I18 – I30 có thêm tiết... Dùng làm  Dầm chịu uốn, cột: độ cứng theo phương trục x lớn, tăng cường độ cứng theo trục y bằng cách mở rộng bản cánh hoặc tổ hợp  Bất lợi: bản cánh hẹp và vát bên trong  khó liên kết Thép chữ I và các ứng dụng 1 Thép hình 29 c Thép chữ [ : dài 4 13 m  Thép chữ [ theo TCVN 16 5475  Vd: [ 22  [5 - [40, từ [14 – [24 có thêm tiết diện cánh rộng và dày hơn, vd : [22a  Thép [ được dùng làm  Liên kết. .. 2)/2  (1) : Khi 1, 2 cùng dấu   nhỏ  không có thềm chảy, tl tăng cao, o giảm  Khi 1 = 2   = 0  không chảy dẻo  phá hoại dòn  (2): Khi 1, 2 khác dấu   lớn  thép dẻo hơn: tl giảm, thềm chảy lớn, o tăng 1- 1, 2 cùng dấu 2- 1, 2 khác dấu 3- biểu đồ chuẩn khi kéo 1 hướng 2 Sự phá hoại giòn của thép 22 b Trạng thái ứng suất phức tạp Sự tập trung ứng suất  vật liệu giòn hơn 1- không... với biến dạng dư  = 0,2% 1- Biểu đồ kéo của thép các bon cao 2- Biểu đồ kéo của thép các bon thấp 1 Sự làm việc chịu kéo 19 b Các đặc trưng cơ học chủ yếu  Các đặc trưng cơ học chủ yếu:  Giới hạn tỉ lệ:  Giới hạn chảy: c  fy  Giới hạn bền: tl b  fu : vùng dự trữ giữa trạng thái làm việc và trạng thái phá hoại   Biến dạng khi đứt: o: đặc trưng độ dẻo và độ dai của thép Lý thuyết tính toán:... cắt 2 Sự phá hoại giòn của thép 23 c Chịu tải trọng lặp  Tải trọng lặp  mỏi của vật liệu  phá hoại dòn  ứng suất phá hoại ff (n,) < b 2 Sự phá hoại giòn của thép 24 d Ảnh hưởng của nhiệt độ   Nhiệt độ dương:  t = 200-300oC : đặc tính thép ít thay đổi  t = 300-330oC : thép giòn hơn  t = 500oC : c= 14 0MPa  t = 600oC : c= 40MPa  t = 600-650oC : c= 0MPa  t = 700oC : thép đỏ hồng  t > 15 00oC ...KẾT CẤU THÉP Chương VẬT LIỆU & SỰ LÀM VIỆC CỦA KCT NỘI DUNG I Vật liệu thép II Sự làm việc thép chịu tải trọng III Quy cách cán thép dùng xây dựng IV Phương pháp tính toán KCT I VẬT LIỆU THÉP... 1, 1; bề dày tối đa 40mm Thép xây dựng 15 c Thép cacbon cường độ cao - Giới hạn chảy > 440MPa, - Giới hạn bền > 590MPa - Dùng thép cường độ cao  tiết kiệm vật liệu 25-30% II SỰ LÀM VIỆC CỦA VẬT... liên kết  Dùng làm dầm, cột  Giá thành cao Thép ống:  Chịu lực tốt, chống xoắn tốt  Dùng kết cấu dàn, cột Thép hình khác Thép 31 - - - Thép phổ thông: kết cấu bản, … - dày 4-60mm - rộng 16 0 -10 50mm