Lý thuyết kết cấu thép

31 43 0
  • Loading ...
1/31 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 09/06/2018, 15:46

Lý thuyết kết cấu thép 1 Trình bày khái niệm tính chất học chủ yếu, ứng suất dư, gia công nhiệt thép, nêu sản phẩm thương mại loại thép cơng trình theo 22 TCN 272-05 Trả lời: *Gia cơng nhiệt Để nâng cao tính chất thép, người ta thường sử dụng phương pháp gia công nhiệt Có loại gia cơng nhiệt: - Gia cơng nhiệt làm nguội chậm: phương pháp tơi bình thường tiêu chuẩn hóa Nó bao gồm việc nung nóng chảy thép đến nhiệt độ định, giữ nhiệt thời gian thích hợp, làm nguội chậm khơng khí Phương pháp làm tăng tính dẻo, tính dai, giảm độ cứng khử ứng suất dư - Gia công nhiệt làm nguội nhanh: sử dụng chủ yếu cho thép cầu, q trình gọi tơi nhúng Nó bao gồm việc nung nóng thép đến khoảng 900 C, giữ nhiệt độ thời gian, sau làm lạnh nhanh cách nhúng vào bể dầu nước Sau nhúng thép đốt nóng khoảng 500 C, giữ nhiệt độ, sau làm nguội chậm Tơi nhúng làm thay đổi vi cấu trúc thép, làm phát triển cường độ, độ cứng độ dẻo dai thép * Ứng suất dư Ứng suất tồn phận kết cấu mà không tác động ngoại lực gọi ứng suất dư Điều quan trọng nhận biết có mặt ứng suất dư ảnh hưởng đến cường độ cấu kiện chịu lực Ứng suất dư phát sinh q trình gia cơng nhiệt, gia cơng học hay trình luyện thép Ứng suất dư gia cơng nhiệt hình thành nguội xảy không Ứng suất dư gia công học xảy biến dạng dẻo không bị kích ép Ứng suất dư luyện kim sinh thay đổi cấu trúc phân tử thép Khi mặt cắt ngang chế tạo hàn ba chiều, ứng suất dư xuất ba chiều Sự đốt nóng nguội làm thay đổi cấu trúc kim loại biến dạng thường bị cản trở, gây ứng suất dư kéo đạt tới 400 MPa mối hàn Nhìn chung, mép thép bình thường chịu ứng suất dư nén, cắt nhiệt chịu ứng suất dư kéo Các ứng suất cân với ứng suất tương đương có dấu ngược lại vị trí khác cấu kiện Hình 1.4 biểu diễn cách định tính phân bố tổng thể ứng suất dư thép hàn cán nóng Chú ý rằng, ứng suất hình ứng suất dọc Một nguyên tắc để xác định ứng suất dư thớ nguội lạnh trước chịu ứng suất dư nén, thớ nguội lạnh sau chịu ứng suất dư kéo *Các sản phẩm thương mại loại thép cơng trình theo 22 TCN 272-05 -Thép bon cơng trình: Một đặc trưng chủ yếu thép bon cơng trình có điểm chảy nhận biết rõ thềm chảy dài Nó biểu thị tính dẻo tốt, cho phép phân phối lại ứng suất cục mà khơng đứt gãy Thuộc tính làm cho thép bon đặc biệt phù hợp sử dụng làm chi tiết liên kết Thép bon có tính hàn tốt thích hợp cho bản, thép cán định hình xây dựng -Thép hợp kim thấp cường độ cao: Các thép có thành phần hố học hạn chế để phát triển cường độ chảy cường độ kéo đứt lớn thép bon lượng kim loại bổ sung nhỏ thép hợp kim Cường độ chảy cao (Fy = 345 MPa) đạt điều kiện cán nóng qua gia công nhiệt Thép hợp kim thấp cường độ cao có tính hàn tốt thích hợp cho bản, thép cán định hình xây dựng Các hợp kim có sức kháng gỉ khơng khí cao -Thép hợp kim thấp gia cơng nhiệt: Thép hợp kim thấp cường độ cao gia công nhiệt để đạt cường độ chảy cao (Fy = 485 MPa) Thành phần hoá học cho cấp 345W 485W gần Việc xử nhiệt (tôi thép) làm thay đổi cấu trúc vi mô thép làm tăng cường độ, độ rắn độ dai - Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao : Thép hợp kim loại thép có thành phần hố học khơng phải thép hợp kim thấp cường độ cao Phương pháp gia công nhiệt nhúng thực tương tự thép hợp kim thấp thành phần khác nguyên tố hợp kim làm phát triển cường độ cao (Fy = 690 MPa) tính dai lớn nhiệt độ thấp Phân tích ưu, khuyết điểm phạm vi sử dụng kết cấu thép Nêu biện phápchống gỉ cho kết cấu thép Trả lời: a) Uư điểm -Kết cấu thép có khả chịu lực lớn Do cường độ thép cao nên kết cấu thép chịu lực lớn với mặt cắt không cần lớn lắm, lợi dụng khơng gian cách hiệu -Việc tính tốn kết cấu thép có độ tin cậy cao Thépcấu trúc đồng đều, mô đun đàn hồi lớn Trong phạm vi làm việc đàn hồi, kết cấu thép phù hợp với giả thiết sức bền vật liệu đàn hồi (như tính đồng chất, đẳng hướng vật liệu, giả thiết mặt cắt phẳng, nguyên độc lập tác dụng) -Kết cấu thép “nhẹ” so với kết cấu làm vật liệu thông thường khác (bê tông, gạch đá, gỗ) Độ nhẹ kết cấu đánh giá hệ số c = γ/F, tỷ số tỷ trọng γ vật liệu cường độ F Hệ số c nhỏ vật liệu nhẹ Trong bê tơng cốt thép (BTCT) có c = 24.10-4 1/m, gỗ có c = 4,5.10-4 1/m, hệ số c thép c = 3,7.10-4 1/m -Kết cấu thép thích hợp với thi cơng lắp ghép có khả giới hoá cao chế tạo Các cấu kiện thép dễ sản xuất hàng loạt xưởng với độ xác cao Các liên kết kết cấu thép (đinh tán, bu lông, hàn) tương đối đơn giản, dễ thi công -Kết cấu thép không thấm chất lỏng chất khí thép có độ đặc cao nên thích hợp để làm kết cấu chứa đựng chuyển chở chất lỏng, chất khí -So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm nghiệm, sửa chữa tăng cường b) Nhược điểm Kết cấu thép dễ bị han gỉ, đòi hỏi phải có biện pháp phòng chống bảo dưỡng tốn Đặc biệt, yêu cầu chống gỉ cao đặt cho kết cấu cầu làm việc môi trường xâm thực lớn -Thép chịu nhiệt Ở nhiệt độ 4000C, biến dạng dẻo thép phát triển tác dụng tĩnh tải (từ biến thép) Vì thế, mơi trường có nhiệt độ cao, khơng có biện pháp đặc biệt để bảo vệ khơng phép sử dụng kết cấu thép c) Phạm vi sử dụng KCT -KCT sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựng GTVT, lĩnh vực khác, ) Do ưu điểm nói trên, kết cấu thép sử dụng rộng rãi lĩnh vực xây dựng Tuy nhiên, kết cấu thép đặc biệt có ưu kết cấu vượt nhịp lớn, đòi hỏi độ mảnh cao, chịu tải trọng nặng kết cấu đòi hỏi tính không thấm d) Các biện pháp chống gỉ cho KCT -Sơn bảo vệ để cách ly thép với tác nhân ăn mòn từ mơi trường bên ngồi -Mạ kim loại:ví dụ mạ kẽm -Sử dụng thép hợp kim để chống han gỉ -Sử dụng thép nơi thích hợp,đồng thời kết cấu thiết kế phải thơng thống,tiện cho việc kiểm tra bảo dưỡng Trình bày khái niệm tính chất học chủ yếu thép, khái niệm trình luyện thép, ảnh hưởng thành phần hóa học thép đến tính chất thép, phân loại thép theo thành phần hóa học thép theo phương pháp để lắng thép Trả lời: *Các thuộc tính thép thể cường độ chảy, cường độ chịu kéo đứt, độ dẻo, độ rắn độ dai Thí nghiệm với mẫu thép chịu kéo phương, ta có đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng điển hình vẽ -Cường độ chảy (Fy) trị số ứng suất mà xảy tăng biến dạng mà ứng suất không tăng -Cường độ chịu kéo (Fu) trị số ứng suất lớn đạt thí nghiệm kéo -Độ dẻo số vật liệu phản ánh khả giữ biến dạng đàn hồi mà không xảy phá hoại Nó tính tỷ số độ giãn phá hoại độ giãn điểm chảy -Độ rắn thuộc tính vật liệu cho phép chống lại mài mòn bề mặt -Độ dai thuộc tính vật liệu cho phép tiêu hao lượng mà không xảy phá hoại *Quá trình luyện thép Luyện thép trình nung nóng chảy nguyên liệu thành phần bao gồm quặng sắt, than cốc, đá vơi phụ gia hóa học khác, tạo sản phẩm phơi thép Phôi thép hay thép bán thành phẩm hợp chất có thành phần sắt ngun tố hóa học khác Al, Cu, Zn, Ni, Mn, Cr, Si, C, S, P, N, *Ảnh hưởng của nguyên tố hóa học Các nguyên tố hóa học thép có ảnh hưởng lớn tới tính chất thép C: làm tăng cường độ độ cứng thép, lại làm giảm tính dẻo, tính dai tính hàn Cr, Cu: nâng cao cường độ tính chống gỉ thép Al, Si: khử ơxi thép nóng chảy, làm cho thép đồng Mn: Kiềm chế ảnh hưởng xấu S S: có hại, làm giảm tính dẻo, tính dai, tính hàn chất lượng bề mặt thép P: nói chung có hại, * Phân loại thép Theo thành phần hoá học thép: loại - Thép bon: thép có chứa C ≤ 1,7% không chứa nguyên tố kim loại khác Tùy theo hàm lượng C, người ta lại chia thép bon làm loại + Thép bon thấp (C ≤ 0,22%): loại sử dụng chủ yếu xây dựng, nên gọi thép xây dựng hay thép cơng trình + Thép bon vừa (0,22% < C ≤ 0,6%): loại sử dụng chủ yếu chế tạo máy + Thép bon cao (0,6% < C ≤ 1,7%): loại sử dụng chủ yếu chế tạo dụng cụ - Thép hợp kim: thép có chứa thêm nguyên tố hóa học khác Al, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, Si, nhằm nâng cao chất lượng thép, tăng độ bền, tăng tính chống gỉ Tùy theo hàm lượng nguyên tố kim loại thêm vào thép, người ta chia thép hợp kim làm loại: Thép hợp kim thấp, vừa cao Trong đó, thép hợp kim thấp (hàm lượng nguyên tố kim loại thêm vào ≤ 2,5%) sử dụng chủ yếu xây dựng *Theo phương pháp để lắng thép: Thép nóng chảy từ lò luyện rót qua khn để nguội cho kết tinh lại Tùy theo phương pháp để nguội (lắng), ta chia thép làm loại - Thép sơi: Khi thép nguội, có nhiều bọt khí O2, CO2, N2, bốc (trông sôi), bọt khí tạo nên chỗ khơng đồng cấu trúc thép Thép sơi có chất lượng khơng tốt, dễ bị phá hoại giòn, lão hóa - Thép tĩnh: thép nguội, người ta cho thêm vào số phụ gia hóa học Các phụ gia hóa học tác dụng với bọt khí, tạo lên lớp xỉ bề mặt, cấu trúc thép đồng đặc Thép tĩnh có chất lượng tốt chịu lực động tốt hơn,vì giá thành đắt - Thép nửa tĩnh: thép trung gian loại thép trên, bọt khí khơng khử hồn toàn.nên chất lượng giá thành trung gian loại ROAD & BRIDGE Trình bày phương trình tổng quát trạng thái giới hạn, giải thích đại lượng cơng thức, nêu u cầu tính tốn TTGH thiết kế kết cấu thép theo 22 TCN 272-05 Trả lời: Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 dựa theo phương pháp thiết kế LRFD Công thức  ηi γ i Qi  φR n  R r tổng quát (cơ bản) tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Trong đó: Qi =Hiệu ứng tải trọng thứ i theo qui định ( nội lực tải trọng tác động bên sinh ra) γi = hệ số tải trọng theo thống kê Rn = sức kháng danh định kết cấu φ = hệ số sức kháng theo thống kê sức kháng danh định Rr =sức kháng tính tốn (có hệ số) kết cấu  hệ số điều chỉnh tải trọng ηi= ηD.ηR.ηI≥0,95  D hệ số dẻo  R hệ số dư thừa  I hệ số xét tới tầm quan trọng kết cấu Hai hệ số đầu có liên quan tời cường độ kết cấu, hệ số thứ có liên quan tới làm việc kết cấu trạng thái giới hạn sử dụng Trừ trạng thái giới hạn cường độ, tất TTGH khác, ηD = ηR = 1,0 Tính dẻo yếu tố quan trọng an tồn cầu Nhờ tính dẻo, phận chịu lực tải phân bố nội lực sang phận khác, kết cấu có dự trữ độ bền Nếu vật liệu khơng dẻo kết cấu bị phá hoại đột ngột bị tải ⇒ phá hoại giòn Tính dư Tính dư có tầm quan trọng đặc biệt khoảng an toàn kết cấu cầu Một kết cấu siêu tĩnh xem dư thừa có nhiều liên kết so với yêu cầu cân tĩnh học Các kết cấu có nhiều đường truyền lực kết cấu liên tục cần sử dụng trừ có bắt buộc khác Khái niệm nhiều đường truyền lực tương đương với tính dư thừa Các đường truyền lực đơn hay kết cấu cầu không dư khuyến cáo không nên sử dụng Các phận cấu kiện mà hư hỏng chúng gây sập đổ cầu phải coi có nguy hư hỏng hệ kết cấu liên quan khơng có tính dư, phận có nguy hư hỏng xem phá hoại giòn Tầm quan trọng khai thác Điều quy định dùng cho trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn đặc biệt Chủ đầu tư cơng bố cầu cấu kiện liên kết loại cầu quan trọng khai thác Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 TTGH trạng thái mà vượt qua kết cấu hay phận khơng hồn thành nhiệm vụ mà thiết kế đề Tiêu chuẩn 05 đề cập tới TTGH sau: TTGH sử dụng TTGHSD phải xét đến biện pháp nhằm hạn chế ứng suất, biến dạng bề rộng vết nứt điều kiện sử dụng bình thường Trạng thái giới hạn mỏi phá hoại giòn Trạng thái giới hạn mỏi phải xét đến tính tốn biện pháp nhằm hạn chế biên độ ứng suất xe tải thiết kế gây với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải xét đến số yêu cầu tính bền vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu Trạng thái giới hạn cường độ Trạng thái giới hạn cường độ phải xét đến để đảm bảo cường độ ổn định cục ổn định tổng thể dự phòng để chịu tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê, định để cầu chịu phạm vi tuổi thọ thiết kế Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn cầu khơng xét đến gió Trạng thái giới hạn cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt 25m/s Trạng thái giới hạn cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn cầu với gió có vận tốc 25m/s Trạng thái giới hạn đặc biệt Trạng thái giới hạn đặc biệt phải xét đến để đảm bảo tồn cầu động đất lũ lớn bị tầucốthuỷ, xe va điểm, cố thường xảymột vớicố chu kỳ lớn tuổi thọ thiết kế cầu, nên coihoặc biệt÷cộvà tạiNhững mỗihoặc thời xéthưởng đến đượcđược tổ hợp với lũ lụt lớn (T đặc = 100 500năm) với cácchỉ ảnh củasự xói lở.Tuy nhiên cố Tại phải thực liên kết kết cấu thép? So sánh ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng hình thức liên kết chủ yếu kết cấu thép (liên kết hàn, liên kết bu lông, liên kết đinh tán) Trả lời: 6.1 phải thực liên kết kết cấu thép Chúng ta phải thực liên kết KCT vì: - Do yêu cầu cấu tạo - Do hạn chế mặt vật liệu, vận chuyển, lắp ráp, Do vậy, liên kết KCT phổ biến quan trọng, cần đặc biệt quan tâm 6.2 Các hình thức liên kết kết cấu thép Cho đến nay, KCT người ta sử dụng chủ yếu phương pháp liên kết sau: - Liên kết đinh tán - Liên kết bu lông - Liên kết hàn - Liên kết keo dán, Trong kết cấu thép nay, hai loại liên kết thường sử dụng liên kết đinh liên kết hàn Hình 2.1 giới thiệu số dạng liên kết phổ biến kết cấu thép Liên kết đinh cụm từ chung dùng để loại liên kết có dạng thép tròn xâu qua lỗ phận cần liên kết Như vậy, đinh đại diện cho đinh tán, bu lông, bu lông cường độ cao, chốt …Trong loại liên kết đinh sử dụng nhiều đề cập chương liên kết bu lông thường liên kết bu lông cường độ cao Liên kết hàn dùng cho mối nối ngồi cơng trường nói chung, chủ yếu sử dụng để nối phận nhà máy Tuỳ theo trường hợp chịu lực, liên kết phân chia thành liên kết đơn giản hay liên kết chịu lực tâm, liên kết phức tạp hay liên kết chịu lực lệch tâm Trình bày cấu tạo bu lơng, hình thức liên kết bu lơng, cách bố trí bu lơng ngun tắc chọn ghép liên kết bu lông Trả lời: Bu lơng kết cấu thép có nhiều loại bu lông thường, bu lông tinh chế, bu lông cường độ cao Bl thường bl cường độ cao hai loại bu lông sử dụng nhiều Bu lông thường bu lông cườg độ cao có hình dạng sau: Đặc điểm cấu tạo khác Bu lông thường: Bu lông thường chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM A307, thép làm bu lông thép bon thấp Cường độ chịu kéo thép bu lông thường theo ASTM A307 cấp A Fub = 420 MPa Bu lơng A307 có đầu dạng hình vng, lục giác đầu chìm Bu lơng thép thường khơng phép sử dụng cho liên kết chịu mỏi Bu lông cường độ cao: Bu lông cường độ cao chế tạo theo ASTM A325/A325M A490/490M, thép làm bu lông thép cường độ cao Theo ASTM A325M cường độ chịu kéo thép bu lông cường độ cao Fub = 830MPa cho đường kính d = 16 ÷ 27 mm Fub = 725 MPa cho đường kính d = 30 ÷ 36 mm Bu lơng cường độ cao dùng liên kết chịu ma sát liên kết chịu ép mặt Các hình thức liên kết bl: - Đối với thép tấm:có thể dùng lk đối đầu có ghép ghép dùng lk chồng -Đối với thép hình:khi lk đố đầu thép hình nối ghép nối thép góc Cách bố trí bl: -Để tiện cho việc chế tạo thực liên kết, liên kết, tốt nên dùng loại bu lơng -Khi bố trí bu lơng ta nên bố trí đơn giản tốt Do vậy, người ta thường bố trí bu lơng theo kiểu bố trí hay bố trí // bố trí so le hay bố trí hoa mai -Số bu lơng dãy đinh phải chọn tối thiểu bu lông -Khoảng cách từ tm tới tim bu lông không nhỏ 3d với d đường kính bu lơng -K/c từ tim lỗ tới cấu kiện nói chung khơng lớn lần chiều dày nối mỏng không lớn 125mm Nguyên tắc chọn ghép liên kết bu lông: Khi chọn kích thước ghép, ta phải tuân thủ nguyên tắc: tổng diện tích ghép phải ≥ diện tích thép nối, đồng thời phân bố ghép phải giống cấu kiện liên kết Try your best! 10 10 Loại đường hàn chiếm khoảng 80% lượng hàn kết cấu, dễ chế tạo tiết kiệm vật liệu Đây loại đường hàn phổ biến KCT, đa dạng hình 2.22 Đường hàn góc tạo hai góc cấu kiện liên kết, nên tiết diện ngang đường hàn góc thường có dạng tam giác vng cân Cạnh tam giác gọi kích thước đường hàn góc (hay chiều dày, chiều cao), ký hiệu w Khi hai cạnh tam giác không kích thước đường hàn tính theo cạnh nhỏ Hình 2.23 mơ tả kích thước đường hàn góc Giới hạn kích thước đường hàn góc theo tiêu chuẩn 05 (A6.13.3.4) a) Kích thước lớn nhỏ yêu cầu đường hàn góc *Chiều dày lớn đường hàn góc quy định sau: Bằng chiều dày nối, chiều dày nối < 6mm; Bằng chiều dày nối - 2mm, chiều dày nối ≥ 6mm *Chiều dày nhỏ mối hàn góc phải quy định sau: Bằng 6mm, chiều dày thép nối mỏng ≤ 20mm; Bằng 8mm, chiều dày thép nối mỏng > 20mm b) Diện tích có hiệu đường hàn góc Diện tích có hiệu đường hàn góc = chiều dài có hiệu x chiều dày có hiệu đường hàn góc Chiều dày có hiệu đường hàn góc khoảng cách nhỏ từ góc đến mặt đường hàn = w.cos450 = 0,707w Chiều dài có hiệu đường hàn góc chiều dài đường hàn TC 05 quy định, chiều dài có hiệu đường hàn góc khơng nhỏ 4w 40mm Diện tích có hiệu đường hàn góc diện tích mặt phẳng nhỏ dọc theo đường hàn hay mặt phẳng phá hoại (Hình 2.24) cách tính tốn sức kháng cắt đường hàn góc TC 05 quy định, sức kháng cắt đường hàn góc phải lấy trị số nhỏ hai trị số sau: -Sức kháng cắt kim loại đường hàn Rrw; -Sức kháng cắt kim loại Rrb Sức kháng cắt đơn vị chiều dài (1mm) đường hàn: Rrw1 = Φe2 Rnw1 = 0,8 (0,6 Fexx 0,707w) Sức kháng cắt đơn vị chiều dài (1mm) kim loại bản: Rrb1 = Φv Rnb1 = 1,0 (0,58 Fy t) Trong đó: Φe2, Φv = hệ số sức kháng kim loại que hàn kim loại chịu cắt (tra bảng); Fexx = cường độ chịu kéo kim loại que hàn hay cường độ phân loại kim loại que hàn (tra bảng); Fy = cường độ chảy kim loại bản; t = chiều dày kim loại 14 Trình bày cấu tạo đường hàn rãnh đường hàn góc, giới hạn kích thước đường hàn góc theo 22 TCN 272-05 Nêu cách tính tốn sức kháng cắt đường hàn góc (có hình vẽ minh hoạ) Cấu tạo đường hàn rãnh đường hàn góc Trong KCT, sử dụng chủ yếu loại đường hàn đường hàn rãnh đường hàn góc Đường hàn rãnh (đường hàn đối đầu) Loại đường hàn chiếm khoảng 15% lượng hàn kết cấu, sử dụng để liên kết thép nằm mặt phẳng đặt theo kiểu chữ T Phần lớn đường hàn rãnh phải yêu cầu gia cơng mép đặt tên theo hình mép gia cơng (hình 2.20) Việc gia cơng mép bào axêtylen Việc gia công mép nhằm đảm bảo cho mối hàn ngấu hoàn tồn Khi gia cơng mép khơng tốt khơng cách đường hàn khơng phủ hết chiều dày cấu kiện, ta gọi đường hàn ngấu khơng hồn tồn hay ngấu phần (Hình 2.21) Đường hàn góc: Loại đường hàn chiếm khoảng 80% lượng hàn kết cấu, dễ chế tạo tiết kiệm vật liệu Đây loại đường hàn phổ biến KCT, đa dạng hình 2.22 đây(tự vẽ) Đường hàn góc tạo hai góc cấu kiện liên kết, nên tiết diện ngang đường hàn góc thường có dạng tam giác vng cân Cạnh tam giác gọi kích thước đường hàn góc (hay chiều dày, chiều cao), ký hiệu w Khi hai cạnh tam giác không kích thước đường hàn tính theo cạnh nhỏ Hình 2.23 mơ tả kích thước đường hàn góc Giới hạn kích thước đường hàn góc theo tiêu chuẩn 05 (A6.13.3.4) a) Kích thước lớn nhỏ yêu cầu đường hàn góc *Chiều dày lớn đường hàn góc quy định sau: Bằng chiều dày nối, chiều dày nối < 6mm; Bằng chiều dày nối - 2mm, chiều dày nối ≥ 6mm *Chiều dày nhỏ mối hàn góc phải quy định sau: Bằng 6mm, chiều dày thép nối mỏng ≤ 20mm; Bằng 8mm, chiều dày thép nối mỏng > 20mm b) Diện tích có hiệu đường hàn góc Diện tích có hiệu đường hàn góc = chiều dài có hiệu x chiều dày có hiệu đường hàn góc Chiều dày có hiệu đường hàn góc khoảng cách nhỏ từ góc đến mặt đường hàn = w.cos450 = 0,707w Chiều dài có hiệu đường hàn góc chiều dài đường hàn TC 05 quy định, chiều dài có hiệu đường hàn góc khơng nhỏ 4w 40mm Diện tích có hiệu đường hàn góc diện tích mặt phẳng nhỏ dọc theo đường hàn hay mặt phẳng phá hoại (Hình 2.24) cách tính tốn sức kháng cắt đường hàn góc TC 05 quy định, sức kháng cắt đường hàn góc phải lấy trị số nhỏ hai trị số sau: -Sức kháng cắt kim loại đường hàn Rrw; -Sức kháng cắt kim loại Rrb Sức kháng cắt đơn vị chiều dài (1mm) đường hàn: Rrw1 = Φe2 Rnw1 = 0,8 (0,6 Fexx 0,707w) Sức kháng cắt đơn vị chiều dài (1mm) kim loại bản: Rrb1 = Φv Rnb1 = 1,0 (0,58 Fy t) Trong đó: Φe2, Φv = hệ số sức kháng kim loại que hàn kim loại chịu cắt (tra bảng); Fexx = cường độ chịu kéo kim loại que hàn hay cường độ phân loại kim loại que hàn (tra bảng); Fy = cường độ chảy kim loại bản; t = chiều dày kim loại 16 Trình bày đặc điểm cấu tạo nội dung kiểm toán cấu kiện thép chịu kéo dọc trục Giải thích cách xác định đại lượng có mặt cơng thức tính tốn Cấu kiện chịu kéo dọc trục cấu kiện chịu tác dụng lực kéo dọc trục cấu kiện hay chịu kéo tâm Cấu kiện chịu kéo thường gặp khung ngang giằng dọc hệ dầm cầu cầu giàn, cầu giàn vòm Dây cáp treo cầu treo cầu dây văng cấu kiện chịu kéo Điều quan trọng phải biết cấu kiện chịu kéo liên kết với cấu kiện khác kết cấu Nói chung, chi tiết liên kết định sức kháng cấu kiện chịu kéo chúng cần đề cập trước tiên Sức kháng cấu kiện chịu kéo phụ thuộc diện tích tiết diện ngang, cấu tạo liên kết đầu cường độ vật liệu Chính điều này, nên tiết diện ngang cấu kiện chịu kéo đa dạng có dạng tiết diện Có hai dạng liên kết cho cấu kiện chịu kéo: liên kết bu lông liên kết hàn Một liên kết bu lông đơn giản hai thép cho hình 3.2 Rõ ràng, lỗ bu lơng gây giảm yếu mặt cắt ngang nguyên cấu kiện Lỗ bu lơng gây ứng suất tập trung mép lỗ, ứng suất lớn gấp ba lần ứng suất khoảng cách mép lỗ (hình 3.2) Sự tập trung ứng suất xảy vật liệu làm việc đàn hồi giảm tải trọng lớn chảy dẻo Một mối nối đơn giản hàn hai thép biểu diễn hình 3.3 Trong liên kết hàn, mặt cắt ngang nguyên cấu kiện không bị giảm yếu Tuy nhiên, ứng suất bị tập trung vị trí kề với đường hàn trở nên đặn kể từ khoảng cách tới đường hàn Những tập trung ứng suất vị trí kề với liên kết tượng gọi cắt trễ Ở vùng gần với lỗ bu lông gần với đường hàn,ứng suất cắt phát triển làm cho ứng suất kéo xa lỗ bu lông đường hàn giảm so với giá trị lớn mép Tính duyệt: Sức kháng kéo Các kết thí nghiệm kéo thép cầu thể đường cong ứng suất-biến dạng (chương 1) Sau điểm chảy với ứng suất đạt tới Fy, ứng xử dẻo bắt đầu Ứng suất gần khơng đổi cứng hố biến dạng làm ứng suất tăng trở lại trước giảm mẫu thử đứt đột ngột Giá trị đỉnh ứng suất cho loại thép định nghĩa cường độ chịu kéo Fu thép Các giá trị Fy Fuđược cho bảng 1.5 loại thép cầu khác Khi lực kéo tác dụng đầu liên kết tăng lên, điểm có ứng suất lớn mặt cắt nguy hiểm chảy Điểm xuất nơi có ứng suất tập trung hình 3.2 3.3 nơi có ứng suất dư kéo lớn Khi phần mặt cắt nguy hiểm bắt đầu chảy tải trọng tiếp tục tăng lên, xuất phân phối lại ứng suất chảy dẻo Giới hạn chịu lực kéo thông thường đạt toàn mặt cắt ngang bị chảy Sức kháng kéo cấu kiện chịu lực dọc trục xác định giá trị nhỏ của: Sức kháng kéo chảy mặt cắt ngang nguyên; Sức kháng kéo đứt mặt cắt ngang giảm yếu đầu liên kết Sức kháng kéo chảy tính tốn (có hệ số) xác định bởi: Pry = Φy Pny = Φy Fy Ag đó: Φy= hệ số sức kháng kéo chảy cấu kiện chịu kéo, tra bảng Φy = 0,95; Pny= sức kháng kéo chảy danh định mặt cắt nguyên; Fy= cường độ chảy thép; Ag= diện tích mặt cắt ngang nguyên cấu kiện Sức kháng kéo đứt tính tốn (có hệ số) xác định bởi: Pru = Φu Pnu = Φu Fu Ae đó: Φu= hệ số sức kháng kéo đứt cấu kiện chịu kéo, tra bảng Φu = 0,8; Pnu= sức kháng kéo đứt danh định mặt cắt giảm yếu; Fu= cường độ chịu kéo thép; Ae= diện tích mặt cắt thực hữu hiệu cấu kiện Đối với liên kết bu lơng, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu Ae = U An với An diện tích mặt cắt thực cấu kiện U hệ số chiết giảm xét đến cắt trễ Đối với liên kết hàn, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu Ae = U Ag Hệ số chiết giảm U không dùng kiểm tra chảy mặt cắt ngun chảy dẻo có xu hướng làm đồng ứng suất kéo mặt cắt ngang cắt trễ Hệ số sức kháng đứt nhỏ hệ số sức kháng chảy xảy đứt gãy đột ngột vùng cứng hoá biến dạng đường cong ứng suất-biến dạng Try your best! 20 20 câu 17 : Khái niệm ổn định cột Mất ổn định cột tượng cột bị phá hoại trước vật liệu bị phá hoại (chảy dẻo) cột bị biến dạng lớn tác dụng ứng suất nén gây Trong thép công trình, mặt cắt ngang cột thường mảnh TTGH khác thường đạt tới trước vật liệu bị phá hỏng Các TTGH khác có liên quan đến ổn định đàn hồi ổn định cấu kiện mảnh Chúng bao gồm ổn định cục ổn định xoắn ngang cấu kiện chịu nén Mỗi TTGH phải kết hợp chặt chẽ quy tắc thiết kế xây dựng để chọn cấu kiện chịu nén Để nghiên cứu tượng ổn định, trước hết xét cột thẳng, đàn hồi tuyệt đối, hai đầu chốt Khi lực nén dọc trục tác dụng vào cột tăng lên, cột thẳng co ngắn đàn hồi đạt tải trọng tới hạn Pcr Tải trọng tới hạn định nghĩa tải trọng nén dọc trục nhỏ mà ứng với nó, chuyển vị ngang nhỏ làm cho cột bị cong ngang tìm thấy cân Định nghĩa tải trọng tới hạn biểu diễn đường cong tải trọng - chuyển vị hình 3.9 Trong hình 3.9, điểm mà có thay đổi ứng xử gọi điểm rẽ Đường tải trọng chuyển vị thẳng đứng điểm này, sau thân cột di chuyển sang phải sang trái tuỳ theo hướng tác động ngang Khi độ võng ngang trở nên khác không, cột bị hư hỏng oằn thuyết biến dạng nhỏ dự báo rằng, tiếp tục tăng lực dọc trục Nếu sử dụng thuyết biến dạng lớn ứng suất phụ phát triển đáp ứng tải trọng - chuyển vị tuân theo đường rời nét hình 3.9 Lời giải theo thuyết biến dạng nhỏ vấn đề ổn định Euler cơng bố năm 1759 Ơng chứng minh rằng, tải trọng gây oằn tới hạn Pcr tính cơng thức sau 22 22 18 Phân tích ứng suất mặt cắt thẳng góc dầm thép I chịu uốn tuý Nêu khái niệm cách xác định mơ men chảy, mơ men dẻo Phân tích ứng suất mặt cắt thẳng góc dầm chịu uốn tuý Xét mặt cắt I đối xứng hai trục hình 4.1, chịu uốn tuý vùng nhịp hai lực tập trung Giả thiết ổn định đảm bảo đường cong ứng suất-biến dạng thép đàn hồi - dẻo tưởng Khi tải trọng tăng lên, mặt cắt ngang phẳng trước biến dạng phẳng sau biến dạng (giả thuyết Bécnuli) biến dạng tăng thớ mặt cắt đạt εy = Fy/E (hình 4.1b) Mơ men uốn mà thớ bị chảy định nghĩa mô men chảy My Sự tăng tải trọng tiếp tục làm cho biến dạng quay tăng lên, đồng thời, ngày có nhiều thớ mặt cắt ngang bị chảy (hình 4.1c) Tình giới hạn biến dạng tải trọng gây lớn đến mức toàn mặt cắt ngang coi đạt ứng suất chảy Fy (hình 4.1d) Lúc này, mặt cắt dẻo hồn tồn mơ men uốn tương ứng định nghĩa mô men dẻo Mp Bất kỳ gia tăng tải trọng dẫn đến tăng biến dạng mà không làm tăng sức kháng uốn Giới hạn mơ men thấy biểu đồ mơ men-độ cong tưởng hình 4.2 Độ cong xác định mức độ thay đổi biến dạng hay đơn giản độ nghiêng biểu đồ biến dạng MÔ MEN CHẢY VÀ MÔ MEN DẺO Khả chịu mô men uốn mặt cắt chữ I phụ thuộc trước hết vào khả chịu lực nén biên nén Nếu biên nén đỡ ngang liên tục vách đứng vững ổn định biên nén xảy mặt cắt ngang phát triển mơ men dẻo tồn phần nó, tức Mn = Mp Các mặt cắt ngang thoả mãn gối đỡ ngang tỷ số rộng/dày biên vách gọi mặt cắt Các mặt cắt biểu lộ ứng xử dẻo tồn phần đáp ứng mơ men-độ cong chúng giống đường hình 4.5 Nếu biên chịu nén đỡ ngang với khoảng cách gối đủ lớn phép ổn định cục không ổn định tổng thể biên nén làm việc cột đàn hồi Mặt cắt cột đàn hồi dạng chữ T, phần đạt ứng suất chảy phần không Những mặt cắt trung gian ứng xử dẻo ứng xử đàn hồi gọi mặt cắt khơng Chúng phát triển mô men chảy My bị hạn chế đáp ứng dẻo cho thấy đường cong hình 4.5 Nếu biên chịu nén đỡ ngang với khoảng cách gối đủ lớn phép ổn định xoắn ngang biên nén làm việc cột đàn hồi mà khả chịu lực lực gây oằn tới hạn tương tự Euler giảm bớt hiệu ứng xoắn Sự ổn định mặt cắt với tỷ số độ mảnh cánh nén cao xảy trước mô men chảy My đạt tới mặt cắt gọi mặt cắt mảnh Ứng xử mặt cắt mảnh biểu diễn đường cong hình 4.5 Các mặt cắt mảnh khơng khai thác vật liệu cách hiệu hầu hết người thiết kế tránh dùng cách bố trí đủ gối đỡ 23 23 21 Trình bày cách phân loại mặt cắt dầm thép I theo phát triển sức kháng uốn mặt cắt.Giải thích trình tự kiểm tra để đánh giá mặt cắt chắc, không mảnh TTGH cường độ uốn Phân loại mặt cắt Mặt cắt ngang phân biệt chắc, không mảnh phụ thuộc vào tỷ số bề rộng/bề dày phận chịu nén khoảng cách gối đỡ Mặt cắt mặt cắt phát triển mơ men dẻo toàn phần Mp trước ổn định xoắn ngang ổn định cục biên hay vách xảy Mặt cắt không mặt cắt phát triển mơ men hay lớn My nhỏ Mp, trước ổn định cục phận chịu nén xảy Mặt cắt mảnh mặt cắt mà phận chịu nén mảnh đến mức chúng bị ổn định cục trước mô men đạt tới My Sự so sánh đáp ứng mô men-độ cong mặt cắt hình 4.5 cho thấy khác biệt ứng xử chúng Các mặt cắt phân chia thành mặt cắt liên hợp không liên hợp Một mặt cắt liên hợp mặt cắt mà tồn liên kết chống cắt thiết kế thoả đáng bê tông dầm thép (hình 4.6) Một mặt cắt thép có bê tơng khơng liên kết với dầm thép coi mặt cắt không liên hợp Khi tồn liên kết chống cắt, bê tông dầm thép phối hợp với tạo sức kháng mô men uốn Trong vùng chịu mô men dương, bê tông chịu nén sức kháng uốn tăng lên nhiều Trong vùng chịu mô men âm, bê tông nằm vùng kéo cốt thép chịu kéo bổ sung cho sức kháng uốn dầm thép Sức kháng uốn mặt cắt liên hợp tăng lên liên kết bê tông với dầm thép tạo gối đỡ ngang liên tục cho biên nén dầm ngăn chặn ổn định xoắn ngang Vì ưu điểm này, Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD 1998 khuyến nghị rằng, điều kiện kỹ thuật cho phép, nên cấu tạo kết cấu dầm liên hợp Giải thích trình tự : Trạng thái giới hạn cường độ Đối với mặt cắt chắc, sức kháng uốn có hệ số biểu diễn theo mơ men tính cơng thức Mr =φf Mn (4.2) φf hệ số sức kháng uốn tra bảng Mn = Mp, với Mn sức kháng danh định quy định cho mặt cắt Mp mô men dẻo Đối với mặt cắt không chắc, sức kháng uốn có hệ số biểu diễn theo ứng suất Fr =φf Fn (4.3) với Fn sức kháng danh định quy định cho mặt cắt không Sức kháng cắt có hệ số cho Vr =φv Vn (4.4) φv hệ số sức kháng cắt tra bảng Vn sức kháng cắt danh định quy định cho vách tăng cường 24 24 22 Nêu vai trò bụng (vách đứng) dầm thép chữ I Khái niệm ổn định biện pháp chống ổn định bụng dầm Trình bày cách xét đến ảnh hưởng độ mảnh vách đứng sức kháng uốn mặt cắt thép chữ I Mất ổn định thẳng đứng vách Khi mặt cắt chữ I chịu uốn, độ cong gây ứng suất nén biên vách mặt cắt Các ứng suất nén gây thành phần thẳng đứng lực biên biểu diễn hình 4.15 cho mặt cắt I đối xứng hai trục Để phát triển mô men chảy My mặt cắt, yêu cầu biên chịu nén phải đạt ứng suất chảy Fyc trước vách bị ổn định Nếu vách q mảnh bị oằn cột, biên chịu nén bị gối đỡ ổn định (của biên) phía vách xảy trước đạt mô men chảy Mất ổn định thẳng đứng biên phía vách biểu diễn xem xét chiều dài đoạn vách dx dọc theo trục dầm hình 4.16 Đoạn vách chịu tác dụng ứng suất nén dọc trục fwc từ thành phần thẳng đứng nội lực cánh nén Pc 24 Trình bày khái niệm ổn định xoắn ngang dầm thép I chịu uốn Nêu vai trò hệ đỡ biên nén Nêu giải thích điều kiện (yêu cầu) chiều dài không đỡ Lb mặt cắt chắc, mặt cắt không mặt cắt mảnh Kn: Mất ổn định tổng thể xảy biên nén mặt cắt chịu uốn không đỡ ngang Một cánh nén không liên kết ngang làm việc cột có xu hướng oằn ngồi mặt phẳng điểm gối ngang Đồng thời, biên nén phần mặt cắt ngang dầm có biên kéo giữ thẳng, mặt cắt ngang bị xoắn chuyển vị ngang Ứng xử mơ tả hình 4.4 gọi ổn định xoắn ngang 25 Trình bày cách xác định sức kháng cắt mặt cắt thép chữ I, trường hợp bụng không tăng cường Sức kháng cắt vách không tăng cường Sức kháng cắt danh định vách khơng có sườn tăng cường mặt cắt chữ I xác định từ cơng thức 6.20 lấy vơ cùng, có nghĩa lại sức kháng hiệu ứng dầm 25 25 26 26.Trình bày cách xác định sức kháng cắt mặt cắt thép chữ I, trường hợp bụng tăng cường Các vách mặt cắt chữ I xem có tăng cường nếu, khơng có sườn tăng cường dọc, khoảng cách sườn ngang khơng lớn 3D, hay, có sườn tăng cường dọc, không lớn 1,5 lần chiều cao lớn khoang phụ D* Hình - Khoảng cách lớn sườn tăng cường ngang 27 27 Nếu sườn tăng cường dọc sử dụng ảnh hưởng đến sức kháng cắt vách bỏ qua Nói cách khác, chiều cao tồn vách sử dụng để tính sức kháng cắt vách dù có hay khơng có sườn dọc Khi vách tăng cường, hiệu ứng trường kéo phát triển hai số hạng công thức đóng góp nên sức kháng cắt, nghĩa C tỷ số ứng suất oằn tới hạn cắt τ ứng suất cắt chảy τ cr y 28.Trình bày cấu tạo nội dung kiểm toán sườn tăng cường ngang trung gian dầm thép chữ I Sườn tăng cường ngang trung gian Các sườn tăng cường ngang không ngăn ngừa ổn định cắt khoang vách chúng tạo biên khoang vách mà ổn định xảy Các sườn tăng cường có vai trò neo cho nội lực trường kéo khiến cho sức kháng cắt sau ổn định phát triển (hình 6.3) Việc thiết kế sườn tăng cường ngang trung gian bao gồm xem xét độ mảnh, độ cứng cường độ Khi chọn chiều dày chiều rộng sườn tăng cường ngang trung gian, độ mảnh cấu kiện nhô phải giới hạn để ngăn ngừa ổn định cục Đối với sườn tăng cường chịu nén, công thức 4.15 có dạng đó, 28 28 bt chiều rộng sườn tăng cường nhô ra, chiều dày sườn tăng cường nhô ra, k hệ số ổn định từ bảng 4.1, Fys cường độ chảy sườn tăng cường Đối với đỡ dọc theo cạnh, bảng 4.1 cho k = 0,45 cấu kiện nhô phần thép cán định hình Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, yêu cầu độ mảnh cho sườn tăng cường ngang trung gian cho hai biểu thức sau đây, giới hạn bề rộng bt sườn tăng cường bên vách Độ cứng Các sườn tăng cường ngang trung gian xác định đường biên thẳng đứng khoang vách Chúng phải có đủ độ cứng để không biến dạng lớn (vẫn giữ độ thẳng tương đối) cho phép vách đứng phát triển cường độ sau ổn định Hình 8.1 - Sườn tăng cường ngang trung gian 29 Trình bày cấu tạo nội dung kiểm toán sườn tăng cường ngang chịu lực dầm thép chữ I 29 29 30 31
- Xem thêm -

Xem thêm: Lý thuyết kết cấu thép, Lý thuyết kết cấu thép

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay