›
›

Giáo trình môn Kết cấu Nội thất công trình

pdf 167 trang hapham 1520
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình môn Kết cấu Nội thất công trình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_mon_ket_cau_noi_that_cong_trinh.pdf

Nội dung text: Giáo trình môn Kết cấu Nội thất công trình

  1. Lêi nãi ®Çu Gi¸o tr×nh m«n häc KÕt cÊu Néi thÊt c«ng tr×nh ®îc biªn so¹n nh»m ®¸p øng nhu cÇu vÒ gi¶ng d¹y vµ häc tËp ë c¸c trêng Trung häc x©y dùng (®µo t¹o kü thuËt viªn x©y dùng) t¹i Hµ Néi. Néi dung gi¸o tr×nh gåm ba phÇn chÝnh: • PhÇn II: KÕt cÊu gç • PhÇn III: KÕt cÊu thÐp • PhÇn IV: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp HiÖn nay ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu c¸c c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp rÊt ph¸t triÓn, cã nhiÒu ph¬ng ph¸p tÝnh míi ®Æc biÖt hiÖn nay sö dông c¸c phÇn mÒm tÝnh kÕt cÊu hoÆc ¸p dông tiªu chuÈn thiÕt kÕt cña c¸c níc tiÕn tiÕn ®îc sö dông réng r·i, ngoµi ra vËt liÖu còng nh c«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu lµm kÕt cÊu x©y dùng còng ph¸t triÓn vµ cã sù thay ®æi lín so víi nh÷ng n¨m thËp kØ tríc. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc, c«ng nghÖ x©y dùng, Trêng THXD Hµ Néi ®· cã nhiÒu cè g¾ng trong c«ng t¸c biªn so¹n ch¬ng tr×nh, gi¸o tr×nh ®Ó phôc vô c«ng t¸c ®µo t¹o cña trêng THXD, hoµn thµnh nhiÖm vô do së GD-§T Hµ Néi giao. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n gi¸o tr×nh chóng t«i ®· nhËn ®îc nhiÒu ý kiÕn ®ãng gãp hÕt søc quÝ b¸u cña: GS. TS. NguyÔn §×nh Cèng PGS. TS. NguyÔn Xu©n Liªn PGS. TS. Lª B¸ HuÕ Chóng t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Mäi ý kiÕn ®ãng gãp xin göi vÒ : 1
  2. më ®Çu Bµi më ®Çu I. Môc tiªu m«n häc 1. Môc tiªu chung - Giíi thiÖu cho häc sinh c¸c kÕt cÊu chÞu lùc trong c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông, nh÷ng ®Æc ®iÓm vµ tÝnh chÊt c¬ b¶n cña c¸c lo¹i vËt liÖu vµ cÊu t¹o cña c¸c kÕt cÊu ®ã. - Cung cÊp cho häc sinh néi dung, c«ng thøc vµ tr×nh tù tÝnh to¸n c¸c kÕt cÊu thêng dïng lµm b»ng gç, thÐp, bª t«ng cèt thÐp. - Nh÷ng kiÕn thøc cña m«n häc nµy gióp häc sinh cñng cè ®îc c¸c kiÕn thøc ®· häc ë c¸c m«n häc tríc nh vÏ kÜ thuËt, vËt liÖu x©y dùng, c¬ häc x©y dùng, ®ång thêi lµm c¬ së ®Ó häc c¸c m«n häc kh¸c nh dù to¸n, thi c«ng, kÜ thuËt thi c«ng. 2. Môc tiªu cô thÓ Häc xong m«n häc nµy häc sinh ph¶i ®¹t ®îc c¸c yªu cÇu sau: • VÒ chuyªn m«n: - §äc ®îc c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ kÕt cÊu. - HiÓu ®îc c¸c qui ®Þnh cÊu t¹o cña c¸c kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp, kÕt cÊu thÐp, kÕt cÊu gç ®Ó cã thÓ kiÓm tra, gi¸m s¸t kÜ thuËt khi thi c«ng c¸c s¶n phÈm ®ã. - RÌn luyÖn tÝnh cÈn thËn, chÝnh x¸c cña ngêi kü thuËt viªn. • VÒ th¸i ®é: - Cã lßng yªu nghÒ nghiÖp, yªu lao ®éng. - Cã ý thøc tæ chøc kØ luËt, ham häc hái. - Cã ®¹o ®øc nghÒ nghiÖp: t«n träng qui tr×nh kÜ thuËt, ®¶m b¶o chÊt lîng c«ng tr×nh, kh«ng lµm dèi, lµm Èu. 2
  3. - Cã ý thøc tiÕt kiÖm, tr¸nh l·ng phÝ cña c¶i cña x· héi. - Cã ý thøc ®¶m b¶o an toµn trong lao ®éng. II. Néi dung tãm t¾t cña gi¸o tr×nh Gi¸o tr×nh ®îc gi¶ng d¹y víi thêi gian 90 tiÕt lÝ thuyÕt, gåm bèn phÇn: PhÇn I: PhÇn më ®Çu - Ch¬ng më ®Çu - Ch¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ kÕt cÊu c«ng tr×nh PhÇn II: KÕt cÊu gç - Ch¬ng 2: Gç trong x©y dùng - Ch¬ng 3: TÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n - Ch¬ng 4: Liªn kÕt kÕt cÊu gç PhÇn III: KÕt cÊu thÐp - Ch¬ng 5: ThÐp trong x©y dùng - Ch¬ng 6: Liªn kÕt kÕt cÊu thÐp - Ch¬ng 7: TÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n PhÇn IV: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp - Ch¬ng 8: Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ kÕt cÊu BTCT - Ch¬ng 9: CÊu kiÖn chÞu uèn - Ch¬ng 10: CÊu kiÖn chÞu nÐn – chÞu kÐo ®óng t©m - Ch¬ng 11: TÝnh to¸n mét sè bé phËn thêng gÆp trong c«ng tr×nh x©y dùng 3
  4. Ch¬ng 1 Kh¸i niÖm chung vÒ kÕt cÊu c«ng tr×nh Môc tiªu: Häc xong ch¬ng 1 häc sinh: - HiÓu kh¸i niÖm vÒ kÕt cÊu, cÊu kiÖn - Ph©n biÖt ®îc c¸c lo¹i t¶i träng - KÓ ra ®îc ph¬ng ph¸p vµ tr×nh tù tÝnh to¸n kÕt cÊu Néi dung tãm t¾t: I. KÕt cÊu x©y dùng II. T¶i träng vµ néi lùc III. Cêng ®é cña vËt liÖu IV. Ph¬ng ph¸p tÝnh kÕt cÊu V. Tr×nh tù tÝnh to¸n kÕt cÊu I. KÕt cÊu x©y dùng (KCXD) M«n häc KÕt cÊu x©y dùng nghiªn cøu vÒ c¸c gi¶i ph¸p kÕt cÊu øng dông cô thÓ trong c¸c c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp. C¸c kÕt cÊu ®îc sö dông ph¶i ®¶m b¶o vÒ ®é bÒn, ®é cøng vµ tÝnh æn ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh thi c«ng vµ sö dông. Ngoµi ra, khi kÜ thuËt viªn ®a ra gi¶i ph¸p kÕt cÊu hîp lÝ, nã còng cÇn ®îc ®¶m b¶o vÒ ®iÒu kiÖn kinh tÕ, tËn dông ®îc nguån vËt liÖu t¹i ®Þa ph¬ng, phï hîp víi c«ng nghÖ chÕ t¹o, biÖn ph¸p thi c«ng hiÖn hµnh. øng sö cña c¸c kÕt cÊu tríc c¸c t¸c ®éng (t¶i träng, nhiÖt ®é, thêi gian ) trong thùc tÕ rÊt phøc t¹p. Nhng khi nghiªn cøu ta thêng t¸ch nh÷ng bé phËn phøc t¹p thµnh nh÷ng bé phËn ®¬n gi¶n ®Ó ph©n tÝch, nh÷ng bé phËn ®¬n gi¶n nµy ®· biÕt ®îc c¸ch øng sö cña chóng tríc c¸c t¸c ®éng, ta gäi chóng lµ c¸c cÊu kiÖn. C¸c cÊu kiÖn liªn kÕt víi nhau t¹o thµnh kÕt cÊu. Nh vËy: CÊu kiÖn lµ mét phÇn tö chÞu lùc mµ vai trß, ®Æc tÝnh, tÝnh chÊt cña chóng cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc mét c¸ch ®¬n gi¶n. 4
  5. VÝ dô: CÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m, nÐn lÖch t©m, cÊu kiÖn chÞu uèn ph¼ng, cÊu kiÖn chÞu xo¾n (xem h×nh 1.1) Ta thÊy mçi cÊu kiÖn cã mét tÝnh chÊt cô thÓ (chÞu kÐo, uèn, xo¾n), vµ nh÷ng ®¹i lîng(®Æc trng cho ®Æc tÝnh cña chóng) cÇn x¸c ®Þnh cã thÓ tÝnh to¸n ®îc (nh øng suÊt σ, τ, biÕn d¹ng) khi biÕt t¸c ®éng (t¶i träng, nhiÖt ®é ). KÕt cÊu lµ nh÷ng bé phËn chÞu lùc phøc t¹p, nã ®îc t¹o thµnh tõ c¸c cÊu kiÖn mµ sù lµm viÖc cña nã (tÝnh chÊt) cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc th«ng qua sù lµm viÖc (tÝnh chÊt) cña cÊu kiÖn. VÝ dô: KÕt cÊu dµn m¸i, kÕt cÊu khung bª t«ng cèt thÐp Víi kÕt cÊu dµn m¸i ta biÕt nã chÞu c¸c t¶i träng trªn m¸i (kÓ c¶ t¶i träng b¶n th©n) vµ truyÒn t¶i träng tíi c¸c cét (hoÆc têng ). Nhng dµn nµy cÊu t¹o tõ c¸c thanh, mçi thanh nµy cã thÓ lµ cÊu kiÖn chÞu nÐn, cÊu kiÖn chÞu kÐo (xem h×nh 1.2) e N N H1.1 Ví dụ về các cấu kiện a) Cấu kiện chịu nén đúng tâm b) Cấu kiện chịu nén lệch tâm c) Cấu kiện chịu uốn phẳng a) b) c) 5
  6. P P P P D P A B C H1.2 Ví dụ về kết cấu (dàn mái ) -Thanh AC : chịu kéo - Thanh AD : chịu nén Trong x©y dùng c¸c vËt liÖu sö dông ®Ó chÕ t¹o kÕt cÊu rÊt phong phó, víi m«n häc chØ giíi h¹n ë c¸c vËt liÖu ®îc sö dông phæ biÕn nhÊt. §ã lµ c¸c vËt liÖu: bª t«ng cèt thÐp, gç, thÐp, g¹ch ®¸. Tõ ®ã ch¬ng tr×nh còng ph©n ra thµnh c¸c kÕt cÊu theo vËt liÖu: KÕt cÊu gç, kÕt cÊu thÐp, kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. II. T¶i träng vµ néi lùc C¸c lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn kÕt cÊu sinh ra trong qu¸ tr×nh sö dông, chÕ t¹o vËn chuyÓn kÕt cÊu, nã ®îc ph©n lo¹i tuú theo tÝnh chÊt t¸c dông, qui ®Þnh vÒ c¸c lo¹i t¹i träng tham kh¶o trong TCVN 2737-1995. 1. Ph©n lo¹i t¶i träng theo ph¹m vi t¸c dông C¸ch chia t¶i träng theo ph¹m vi t¸c dông ®· ®îc giíi thiÖu trong m«n häc C¬ häc x©y dùng, theo ®ã ta cã hai lo¹i: - T¶i träng ph©n bè: t¶i träng ph©n bæ trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi hoÆc diÖn tÝch, cêng ®é t¶i träng biÕn thiªn hoÆc lµ h»ng sè. Cô thÓ ta cã: . T¶i träng ph©n bè trªn chiÒu dµi (®Òu h×nh 1.3a hoÆc kh«ng ®Òu h×nh 1.3c) (daN/cm, daN/m, KN/m ). . T¶i träng ph©n bè trªn diÖn tÝch (daN/m2 ) h×nh 1.3d. 6
  7. - T¶i träng tËp trung: diÖn truyÒn t¶i nhá (coi nh ®iÓm). q q q a) b) c) P q e) H.1-3: Các sơ đồ tải trọng a) tải trọng phân bố đều trên chiều dài b) tải trọng phân bố trên chiều dài (dạng hình thang) d) c)tải trọng phân bố trên chiều dài (dạng tam giác) d) tải trọng phân bố trên diện tích e) tải trọng tập trung 2. Ph©n lo¹i t¶i träng theo gi¸ trÞ tiªu chuÈn vµ tÝnh to¸n C¸c gi¸ trÞ t¶i träng tiªu chuÈn lµ ®Æc trng c¬ b¶n cña t¶i träng. Nã ®îc x¸c ®Þnh dùa theo c¸c sè liÖu thèng kª (nh khèi lîng ngêi, dông cô, vËt liÖu trªn sµn nhµ, t¶i träng giã), dùa theo c¸c kÝch thíc h×nh häc vµ lo¹i vËt liÖu cña b¶n th©n kÕt cÊu còng nh cña c¸c bé phËn kh¸c t¸c dông vµo kÕt cÊu. Ta kÝ hiÖu t¶i träng tiªu chuÈn lµ ptc. Trong thùc tÕ chÕ t¹o, vËn chuyÓn vµ sö dông kÕt cÊu, t¶i träng ph¸t sinh cã thÓ sai kh¸c víi gi¸ trÞ t¶i träng tiªu chuÈn ptc tÝnh to¸n ®îc (cã thÓ t¨ng lªn hoÆc gi¶m ®i). Sù sai kh¸c nµy cã thÓ g©y bÊt lîi cho kÕt cÊu, nªn trong tÝnh to¸n thêng sö dông gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña t¶i träng gäi lµ t¶i träng tÝnh to¸n kÝ hiÖu lµ ptt, ptt ®îc tÝnh b»ng tÝch sè gi÷a t¶i träng tiªu chuÈn ptc vµ mét hÖ sè gäi lµ hÖ sè vît t¶i (hoÆc hÖ sè tin cËy) kÝ hiÖu n. ptt=ptc.n Th«ng thêng n≥1, nghÜa lµ t¶i träng tÝnh to¸n thêng cã gi¸ trÞ lín h¬n t¶i träng tiªu chuÈn. Tuy nhiªn, khi kiÓm tra æn ®Þnh chèng lËt, t¶i träng do kÕt cÊu chèng lËt nÕu gi¶m xuèng th× lµm cho kÕt cÊu bÊt lîi h¬n th× lÊy hÖ sè vît t¶i n=0,9. HÖ sè vît t¶i ®îc tra ë phô lôc 1, phô lôc 2. 7
  8. C¸ch tÝnh ptc sÏ ®îc tr×nh bµy cô thÓ trong c¸c ch¬ng sau. 3. Ph©n lo¹i t¶i träng theo thêi gian t¸c dông T¶i träng ®îc chia thµnh t¶i träng thêng xuyªn vµ t¶i träng t¹m thêi tuú thuéc vµo thêi gian t¸c dông cña chóng. 3.1. T¶i träng thêng xuyªn (tiªu chuÈn hoÆc tÝnh to¸n) T¶i träng thêng xuyªn lµ c¸c t¶i träng t¸c dông kh«ng biÕn ®æi trong qu¸ tr×nh x©y dùng vµ sö dông c«ng tr×nh. T¶i träng thêng xuyªn gåm cã: khèi lîng nhµ, c«ng tr×nh (gåm khèi l- îng c¸c kÕt cÊu chÞu lùc vµ bao che) 3.2. T¶i träng t¹m thêi T¶i träng t¹m thêi lµ c¸c t¶i träng cã thÓ kh«ng cã trong mét giai ®o¹n nµo ®ã cña qu¸ tr×nh x©y dùng vµ sö dông. Gåm ba lo¹i, t¶i träng t¹m thêi ng¾n h¹n, t¶i träng t¹m thêi dµi h¹n vµ t¶i träng ®Æc biÖt. T¶i träng t¹m thêi dµi h¹n gåm cã: khèi lîng thiÕt bÞ cè ®Þnh, ¸p lùc chÊt láng, chÊt rêi trong bÓ chøa vµ ®êng èng, t¶i träng t¸c dông lªn sµn do vËt liÖu chøa vµ thiÕt bÞ trong c¸c phßng, kho, t¶i träng do cÇu trôc, T¶i träng t¹m thêi ng¾n h¹n gåm cã: khèi lîng ngêi, vËt liÖu söa ch÷a, phô kiÖn vµ ®å g¸ l¾p trong ph¹m vi phôc vô söa ch÷a, t¶i träng sinh ra khi chÕ t¹o, vËn chuyÓn vµ l¾p dùng, t¶i träng lªn sµn nhµ ë, nhµ c«ng céng lÊy ë phô lôc 34, t¶i träng giã T¶i träng t¹m thêi ®Æc biÖt gåm cã: t¶i träng ®éng ®Êt, t¶i träng do næ. 4. Néi lùc Khi ®· cã s¬ ®å tÝnh to¸n kÕt cÊu vµ c¸c t¶i träng t¸c dông vµo kÕt cÊu th× néi lùc ®îc x¸c ®Þnh theo c¸c ph¬ng ph¸p ®· nghiªn cøu trong C¬ häc x©y dùng, ®ã chÝnh lµ c¸c s¬ ®å ®µn håi. Ngoµi ra trong c¸c kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cô thÓ cã s¬ ®å tÝnh siªu tÜnh, th× vËt liÖu lµm viÖc ngoµi giíi h¹n ®µn håi nªn cÇn kÓ ®Õn biÕn d¹ng dÎo khi x¸c ®Þnh néi lùc. Tuy nhiªn hÇu hÕt c¸c kÕt cÊu ta vÉn cã thÓ sö dông s¬ ®å ®µn håi ®Ó tÝnh to¸n. 8
  9. Theo TCVN 2737-1995, ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh c¸c tæ hîp t¶i träng gåm cã tæ hîp c¬ b¶n vµ tæ hîp ®Æc biÖt. Tuy nhiªn thùc tÕ thêng t×m c¸c tiÕt diÖn cã n«i lùc nguy hiÓm b»ng c¸ch tæ hîp néi lùc. Theo c¸ch nµy ta tÝnh néi lùc cho tõng lo¹i t¶i träng (tÜnh t¶i, ho¹t t¶i ) sau ®ã tæ hîp l¹i ®Ó t×m néi lùc nguy hiÓm. III. Cêng ®é cña vËt liÖu Cêng ®é cña vËt liÖu lµ ®Æc trng c¬ häc quan träng, ¶nh hëng tíi kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu. Cêng ®é lµ kh¶ n¨ng cña vËt liÖu chèng l¹i sù ph¸ ho¹i díi t¸c dông cña ngo¹i lùc (t¶i träng, nhiÖt ®é, m«i trêng ). Cêng ®é vËt liÖu gåm nhiÒu lo¹i kh¸c nhau t¬ng øng víi h×nh thøc chÞu lùc: kÐo, nÐn, uèn Cêng ®é cña vËt liÖu phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: thµnh phÇn cÊu tróc vËt liÖu, ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm, m«i trêng, h×nh d¸ng kÝch thíc mÉu thö Do ®ã ®Ó so s¸nh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña vËt liÖu ta ph¶i tiÕn hµnh thÝ nghiÖm trong ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn (kÝch thíc, c¸ch chÕ t¹o mÉu, ph¬ng ph¸p vµ thêi gian thÝ nghiÖm), ®îc qui ®Þnh trong c¸c qui ph¹m. Th«ng thêng cêng ®é ®îc x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p ph¸ ho¹i. Nh÷ng lo¹i cêng ®é quan träng lµ cêng ®é chÞu nÐn, cêng ®é chÞu kÐo, cêng ®é chÞu uèn. Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c cêng ®é vËt liÖu ®îc tr×nh bµy ®èi víi tõng vËt liÖu cô thÓ (gç, thÐp, bª t«ng, ) ë c¸c ch- ¬ng sau. IV. Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n Cã hai ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng trinh: tÝnh theo øng suÊt cho phÐp vµ tÝnh theo tr¹ng th¸i giíi h¹n. 1. TÝnh to¸n theo øng suÊt cho phÐp §©y lµ ph¬ng ph¸p tÝnh cæ ®iÓn ®· l¹c hËu, tuy nhiªn nã vÉn ®îc mét sè níc sö dông, còng nh mét sè lo¹i c«ng tr×nh, kÕt cÊu sö dông. Theo ph¬ng ph¸p nµy khi tÝnh to¸n thêng so s¸nh øng suÊt lín nhÊt do t¶i träng sinh ra trong kÕt cÊu víi øng suÊt cho phÐp: 9
  10. σ ≤ [σ ] max Trong ®ã: σ max : øng suÊt lín nhÊt do c¸c t¶i träng ®îc tæ hîp ë trêng hîp bÊt lîi nhÊt sinh ra trong tiÕt diÖn nguy hiÓm cña kÕt cÊu. [σ ] : øng suÊt cho phÐp [σ ] = σ gh k σ gh : cêng ®é giíi h¹n cña mÉu thÝ nghiÖm. k: hÖ sè an toµn. KhuyÕt ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ sö dông mét hÖ sè an toµn k ®Ó xÐt ®Õn nhiÒu nh©n tè ¶nh hëng. Mµ hÖ sè nµy l¹i x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm, thiÕu c¨n cø khoa häc nªn tÝnh to¸n ra thêng qu¸ lín so víi thùc tÕ. Ph¬ng ph¸p nµy ®ang dÇn ®îc thay thÕ b»ng ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n. 2. TÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n Tr¹ng th¸i giíi h¹n lµ tr¹ng th¸i kÓ tõ ®ã kÕt cÊu kh«ng thÓ sö dông ®îc n÷a. KÕt cÊu x©y dùng sö dông hai nhãm tr¹ng th¸i giíi h¹n. 2.1. Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt (TTGHI) §©y lµ tr¹ng th¸i giíi h¹n vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu . Cô thÓ lµ ®¶m b¶o cho kÕt cÊu: kh«ng bÞ ph¸ ho¹i do t¸c dông cña t¶i träng vµ t¸c ®éng, kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh vÒ h×nh d¸ng vµ vÞ trÝ, kh«ng bÞ ph¸ ho¹i v× mái. §iÒu kiÖn tÝnh to¸n lµ: ≤ T Ttd (1.1) Trong ®ã: T: Gi¸ trÞ nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra cña tõng néi lùc hoÆc do t¸c dông ®ång thêi cña mét sè lùc.T ®îc tÝnh to¸n theo t¶i träng tÝnh to¸n vµ ®îc chän trong c¸c tæ hîp néi lùc øng víi trêng hîp nguy hiÓm ®èi víi sù lµm viÖc cña kÕt cÊu. Ttd: kh¶ n¨ng chÞu lùc (øng víi t¸c dông cña T) cña tiÕt diÖn ®ang xÐt cña kÕt cÊu khi tiÕt diÖn chÞu lùc ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i giíi h¹n. Ttd ®îc x¸c ®Þnh theo ®Æc trng h×nh häc cña tiÕt diÖn vµ ®Æc trng tÝnh 10
  11. to¸n cña vËt liÖu. §iÒu kiÖn (1.1) ®îc cô thÕ ho¸ trong phÇn tÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n cña kÕt cÊu thÐp, kÕt cÊu gç vµ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. §iÒu kiÖn (1-1) ®îc phÐp dïng víi trêng hîp khi T vµ Ttd øng víi: - T lµ øng suÊt do t¶i träng tÝnh to¸n g©y ra, Ttd lµ cêng ®é tÝnh to¸n cña vËt liÖu. - T lµ tËp hîp c¸c t¶i träng vµ t¸c ®éng lªn kÕt cÊu, Ttd lµ kh¶ n¨ng chÞu lùc t«ng thÓ cña kÕt cÊu. 2.2. Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai(TTGHII) §©y lµ tr¹ng th¸i giíi h¹n vÒ ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng. Khi kÕt cÊu ë tr¹ng th¸i nµy nã kh«ng ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn sö dông b×nh thêng do biÕn d¹ng hay vÕt nøt vît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. KiÓm tra vÒ biÕn d¹ng theo ®iÒu kiÖn: ≤ f fgh (1.2) Trong ®ã: f : BiÕn d¹ng cña kÕt cÊu (®é vâng, gãc xoay, gãc trît) do t¶i träng tiªu chuÈn g©y ra. fgh : TrÞ sè giíi h¹n cña biÕn d¹ng. TrÞ sè giíi h¹n ®é vâng cña mét sè kÕt cÊu cho ë phô lôc cuèi s¸ch. ChuyÓn vÞ giíi h¹n cho phÐp ®îc lÊy theo qui ®Þnh, theo yªu cÇu sö dông cña kªt cÊu. Chó ý: TÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n cã xÐt ®Õn kh¶ n¨ng chÞu lùc cña toµn kÕt cÊu, kh¸c víi tÝnh to¸n theo øng suÊt cho phÐp khi øng suÊt t¹i c¸c ®iÓm cña kÕt cÊu ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y nã vÉn cã thÓ chÞu ®îc t¶i träng (hoÆc tiÕp nhËn thªm t¶i träng). Do vËy, c¸ch tÝnh nµy tËn dông ®îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña vËt liÖu, mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Tuy nhiªn, c¸ch tÝnh nµy còng cho phÐp xuÊt hiÖn chuyÓn vÞ vµ biÕn d¹ng (kÓ c¶ vÕt nøt) lín. Nªn nã còng bÞ h¹n chÕ sö dông trong nhiÒu trêng hîp nh kÕt cÊu chÞu t¶i träng ®éng, 11
  12. c¸c kÕt cÊu kh«ng cho phÐp nøt (sµn khu vÖ sinh lu«n tiÕp xóc níc), kÕt cÊu tÜnh ®Þnh (v× khi øng suÊt tíi giíi h¹n ch¶y – xuÊt hiÖn khíp dÎo lµm cho kÕt cÊu biÕn h×nh). V. Tr×nh tù tÝnh to¸n kÕt cÊu Chän ph¬ng ¸n kÕt cÊu: chän dùa theo h×nh khèi kiÕn tróc cña c«ng tr×nh, c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt thuû v¨n, nguån nguyªn vËt liÖu, ®iÒu kiÖn vµ c«ng nghÖ thi c«ng. TÝnh to¸n t¶i träng vµ t¸c ®éng: gi¶ thiÕt gÇn ®óng c¸c tiÕt diÖn ngang råi tÝnh to¸n dùa theo TCVN 2737-95. TÝnh to¸n s¬ bé kÝch thíc tiÕt diÖn c¸c cÊu kiÖn: dùa theo s¬ ®å kÕt cÊu vµ t¶i träng t¸c dông, tÝnh gÇn ®óng néi lùc ë mét sè tiÕt diÖn, tõ ®ã chän c¸c kÝch thíc s¬ bé. Bíc nµy cã thÓ xuÊt ph¸t tõ kinh nghiÖm thiÕt kÕ ®Ó ®a ra c¸c kÝch thíc s¬ bé. TÝnh to¸n néi lùc (tæ hîp néi lùc). TÝnh to¸n kiÓm tra theo tiÕt diÖn ®· chän. H×nh thµnh b¶n vÏ. Hå s¬ thiÕt kÕ: gåm cã b¶n thuyÕt minh tÝnh to¸n, c¸c b¶n vÏ vµ dù to¸n thiÕt kÕ. Trong b¶n thuyÕt minh ph¶i tr×nh bµy c¸c ph¬ng ¸n ®· ®îc nªu ra so s¸nh vµ lùa chän. Ph¶i cã c¸c sè liÖu xuÊt ph¸t ®Ó thiÕt kÕ, ph¶i tr×nh bµy mét c¸ch khoa häc, dÔ hiÓu c¸c néi dung tÝnh to¸n ®· lµm. §¬n vÞ thi c«ng c¨n cøu vµo b¶n vÏ vµ dù to¸n thiÕt kÕ ®Ó lËp ph¬ng ¸n vµ tiÕn hµnh thi c«ng. 12
  13. PhÇn I: KÕt cÊu gç Ch¬ng 2 Gç trong x©y dùng Môc tiªu: Häc xong ch¬ng 2 häc sinh: - N¾m ®îc c¸c u nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu gç. - N¾m ®îc c¸c ®Æc trng c¬ häc cña gç. Träng t©m: C¸c u nhîc ®iÓm cña gç, tÝnh chÊt c¬ häc vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng tíi tÝnh chÊt c¬ häc cña gç. I. Kh¸i niÖm chung Gç lµ lo¹i vËt liÖu x©y dùng tù nhiªn, phæ biÕn, cã ë mäi vïng miÒn nªn kÕt cÊu gç ®îc dïng rÊt réng r·i tõ l©u ®êi. HiÖn nay, víi sù ph¸t triÓn cña vËt liÖu x©y dùng, cïng víi sù khan hiÕm gç, ë c¸c thµnh phè lín gç Ýt ®îc sö dông lµm c¸c kÕt cÊu chÞu lùc cho c«ng tr×nh n÷a mµ hÇu hÕt ®îc sö dông cho c¸c c«ng tr×nh ®Æc biÖt. Tuy nhiªn ë vïng s©u, vïng xa sö dông gç trong c¸c kÕt cÊu nhµ cöa vÉn phæ biÕn. §Ó sö dông tèt vµ hîp lÝ kÕt cÊu gç, cÇn biÕt nh÷ng u vµ nhîc ®iÓm còng nh ph¹m vi ¸p dông cña nã. 1. CÊu tróc cña gç Thí tù nhiªn cña gç ¶nh hëng rÊt lín tíi c¸ch mµ gç ®îc sö dông nh thÕ nµo. PhÇn chÝnh cña gç ®îc cÊu t¹o tõ c¸c tÕ bµo bè trÝ däc theo th©n gç. Khi c©y gç ®îc khai th¸c tÝnh chÊt vµ tæ chøc cña c¸c tÕ bµo nµy ¶nh hëng tíi cêng ®é, ®é co ngãt cña gç. - Vá c©y: gåm líp vá ngoµi vµ vá trong, ®Ó b¶o vÖ c©y. - Líp gç gi¸c: mµu nh¹t Èm, chøa c¸c chÊt dinh dìng, dÔ bÞ môc. - Líp gç lâi: lµ gç ®· chÕt, chøa Ýt níc, khã bÞ môc, mät. - Tñy gç: bé phËn mÒm yÕu nhÊt cña gç, dÔ môc n¸t, cã lo¹i xèp. 13
  14. H×nh 2.1: MÆt c¾t ngang th©n c©y. A) vá ngoµi, B) Vá trong, C) Líp ph¸t sinh gç, D) Líp gç gi¸c E) Líp gç lâi, F) Tuû gç, G) Thí gç 2. u - nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu gç 2.1 u ®iÓm Gç lµ vËt liÖu nhÑ vµ khoÎ so víi träng lîng riªng cña nã. Khi ®¸nh gi¸ chÊt lîng cña vËt liÖu vÒ mÆt c¬ häc, ngêi ta dïng hÖ sè phÈm chÊt c. γ  1  c =   R  m  Trong ®ã: γ : Träng lîng thÓ tÝch cña vËt liÖu (KN/m3). R: Cêng ®é cña vËt liÖu (KN/m3). Sau ®©y lµ hÖ sè phÈm chÊt cña mét sè vËt liÖu x©y dùng thêng dïng: ThÐp Gç Bª t«ng c=3,7.10-4 c=4,5.10-4 c=25.10-4 -Gç cã phÈm chÊt c¬ häc gÇn b»ng thÐp vµ gÊp nhiÒu lÇn bª t«ng. -KÕt cÊu gç gia c«ng dÔ dµng, ®¬n gi¶n, thiÕt bÞ kh«ng phøc t¹p. -KÕt cÊu gç cã kh¶ n¨ng gia c«ng s½n råi l¾p r¾p t¹i hiÖn trêng. -KÕt cÊu gç lµ lo¹i vËt liÖu phæ biÓn vµ cã tÝnh ®Þa ph¬ng. -Gç lµ lo¹i vËt liÖu cã tÝnh thÈm mü cao, c¸ch nhiÖt tèt. 14
  15. 2.2 Nhîc ®iÓm -Gç lµ lo¹i vËt liÖu kh«ng ®ång nhÊt, kh«ng ®¼ng híng. -Gç dÔ bÞ cong, vªnh, nøt nÎ khi lîng níc trong gç thay ®æi. -Gç lµ vËt liÖu dÔ ch¸y. -Gç dÔ bÞ mèi, mät, môc lµm h h¹i trong qu¸ tr×nh sö dông. -Gç chÞu ¶nh hëng nhiÒu cña khuyÕt tËt nh m¾t gè, thí chÐo. -Gi¸ thµnh cao do hiÖn t¹i gç trë nªn quÝ, hiÕm. 3. Ph©n lo¹i gç Theo nghÞ ®Þnh 10CP, gç ViÖt Nam ®îc chia thµnh 8 nhãm: -Nhãm 1: Gåm nh÷ng gç cã h¬ng, s¾c ®Æc biÖt (gç quÝ) nh: l¸t, mun -Nhãm 2: Gåm nh÷ng gç cã cêng ®é cao nh ®inh, lim, sÕn, t¸u -Nhãm 3: Gåm nh÷ng gç cã tÝnh dÎo, dai (chß chØ, tÕch, s¨ng lÎ ). -Nhãm 4: Cã tªn lµ nhãm gç hång s¾c lo¹i tèt (gç re, m¬, giæi ) -Nhãm 5: Hång s¾c lo¹i tèt,tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n nhãm 4(giÎ, th«ng). -Nhãm 6: Lµ nhãm hång s¾c lo¹i thêng (såi, b¹ch ®µn, muång ). Nhãm 7: Lµ nhãm gç t¹p (gç ®a). -Nhãm 8: Lµ nhãm gç t¹p lo¹i xÊu (gç g¹o, sung, nóc n¸c ). ViÖc ph©n lo¹i gç nh»m ®Ó qu¶n lÝ vµ sö dông hîp lÝ lo¹i vËt liÖu tù nhiªn quÝ nµy. C¸c gç nhãm 1,2 vµ 3 dïng ®Ó xuÊt khÈu hoÆc dïng trong c«ng tr×nh ®Æc biÖt. Gç lµm c«ng tr×nh x©y dùng ®îc qui ®Þnh nh sau: -Nhµ l©u n¨m quan träng nh nhµ m¸y, héi trêng ®îc dïng gç nhãm II lµm kÕt cÊu chÞu lùc, trõ lim, t¸u kh«ng ®îc dïng. Cét cÇu, dÇm cÇu, cöa cèng dïng mäi gç nhãm II. -Nhµ th«ng thêng nh nhµ ¨n, nhµ ë dïng gç nhãm V lµm kÕt cÊu chÞu lùc. Cßn tÊt c¶ c¸c kÕt cÊu kh«ng chÞu lùc chÝnh nh khung cöa, lit«, c¸c kÕt cÊu t¹m thêi, v¸n khu«n, ®µ gi¸o dïng gç nhãm VI trë xuèng. 15
  16. H×nh 1.2: KÕt cÊu m¸i b»ng gç H×nh 1.3: CÇu gç 4. Ph¹m vÞ sö dông KÕt cÊu gç ®îc sö dông réng r·i víi c¸c lo¹i c«ng tr×nh: Nhµ d©n dông: Nhµ mét tÇng, hai tÇng, nhµ c«ng céng Nhµ s¶n xuÊt: Kho thãc g¹o, chuång tr¹i ch¨n nu«i Giao th«ng vËn t¶i: chñ yÕu lµ lµm cÇu trªn c¸c ®êng « t«, ®êng s¾t. Thñy lîi, c¶ng: lµm cµu tµu, bÕn c¶ng, cöa van, cèng nhá, ®Ëp nhá Thi c«ng c«ng tr×nh: gç ®îc dïng lµm ®µ gi¸o, v¸n khu«n Ta thÊy gç cã thÓ dïng trong nhiÒu ngµnh x©y dùng c¬ b¶n (h×nh 1.2 vµ h×nh 1.3), nhng víi ®Æc ®iÓm khÝ hËu vµ t×nh h×nh gç hiÖn nay cña ViÖt Nam, 16
  17. gç chØ nªn dïng ë c¸c c«ng tr×nh võa vµ nhá, kh«ng mang tÝnh vÜnh cöu. II. TÝnh chÊt vËt lÝ vµ c¬ häc cña gç 1. TÝnh chÊt vËt lÝ cña gç TÝnh chÊt vËt lÝ cña gç ®· ®îc ®Ò cËp chi tiÕt trong gi¸o tr×nh VËt liÖu x©y dùng, sau ®©y chØ tr×nh bµy nh÷ng tÝnh chÊt cã liªn quan vµ ¶nh hëng lín tíi qu¸ tr×nh sö dông gç trong kÕt cÊu x©y dùng. 1.1 §é Èm §é Èm cña gç lµ lîng níc chøa trong gç, x¸c ®Þnh theo (2.1): G − G W = 1 2 100% (2.1) G 2 Trong ®ã: G1: Träng lîng gç Èm. G2: Träng lîng gç sau khi sÊy cho níc bèc h¬i hÕt. Gç míi h¹ cã ®é Èm lín (30-50%). §Ó tù nhiªn trong kh«ng khÝ, sau qu¸ tr×nh l©u dµi ®é Èm cña gç dÇn dÇn th¨ng b»ng, Ýt biÕn ®éng. Gç ViÖt Nam cã ®é Èm th¨ng b»ng trong kho¶ng 17-20%. §é Èm ¶nh hëng lín tíi cêng ®é vµ sù co ngãt cña gç. Do ®ã, tríc khi sö dông gç cÇn thiÕt ph¶i hong, sÊy kh« ®Ó ®¹t tíi ®é Èm th¨ng b»ng. 1.1 Khèi lîng thÓ tÝch Khèi lîng thÓ tÝch còng lµ mét ®Æc trng vÒ ®é bÒn cña gç: gç cµng nÆng th× cµng khoÎ. Níc ta cã nhiÒu lo¹i gç rÊt nÆng (cã thÓ ch×m trong níc) vÝ dô gç nghiÕn khèi lîng thÓ tÝch lµ 1,1t/m3; sÕn 1,08 t/m3. Ngoµi ra cã c¸c lo¹i gç kh¸ nhÑ nh sung, muång tr¾ng, díi 0,45t/m3. 2. TÝnh chÊt c¬ häc 2.1 TÝnh chÞu kÐo H×nh 1.4 tr×nh bµy mÉu thÝ nghiÖm gç khi chÞu kÐo. Giíi h¹n chÞu kÐo cña gç däc thí rÊt cao. ë ®é Èm W=15% (gç kh«) giíi h¹n cêng ®é chÞu kÐo cña gç th«ng lµ 10kN/cm2, m« ®un ®µn håi E lµ 1.100-1.400KN/cm2. 17
  18. 10 40 4 20 100 30 90 30 100 H×nh 2.4 MÉu thÝ nghiÖm chÞu kÐo BiÓu ®å lµm viÖc cña gç th«ng Liªn X« (cò) khi chÞu kÐo tr×nh bµy trªn h×nh 2.5a. Khi chÞu kÐo kh«ng t×m thÊy giíi h¹n ch¶y nªn ngêi ta nãi gç dßn khi kÐo. ThÝ nghiÖm cho biÕt mét thanh gç cã m¾t, nÕu ®êng kinh m¾t ≤ 1/ 4 c¹nh tiÕt diÖn th× kh¶ n¨ng chÞu kÐo cña gç chØ cßn 25÷27% so víi thanh gç cïng lo¹i, cïng kÝch thíc nhng kh«ng cã tËt. Giíi h¹n cêng ®é chÞu kÐo ngang thí cña gç rÊt thÊp, chØ b»ng 20÷25% giíi h¹n cêng ®é chÞu kÐo däc thí. Giíi h¹n cêng ®é chÞu kÐo däc thí cña gç tuy cao song nã chÞu ¶nh hëng nhiÒu cña m¾t tËt nªn khi tÝnh to¸n ngêi ta chØ lÊy tõ 1 10 ÷ 1 8 giíi h¹n x¸c ®Þnh ®îc b»ng thÝ nghiÖm. V× vËy trong thùc tÕ kh«ng dïng gç lµm nh÷ng cÊu kiÖn chÞu kÐo ®éc lËp. NÕu buéc ph¶i dïng, ph¶i chän gç cã chÊt lîng tèt. 2.2 TÝnh chÞu nÐn LÊy mÉu gç kh« (h×nh 1.6) ®é Èm tõ 10÷12%, kh«ng m¾t tËt, cã kÝch thíc tiÕt diÖn 20×20×30 (cm3) ®em Ðp. T¨ng dÇn lùc ®Õn khi mÉu bÞ ph¸ ho¹i, lóc nµy phÝa gi÷a mÉu thö cã gîn nh¨n do c¸c thí gç bÞ chïn l¹i, gç kh«ng cßn kh¶ n¨ng chÞu Ðp n÷a. Mçi khi t¨ng øng suÊt nÐn biÕn d¹ng cña mÉu thö t¨ng lªn, biÓu ®å chÞu nÐn nh h×nh 2.5b. Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ngang thí cña gç rÊt thÊp. ThÝ nghiÖm cho biÕt, giíi h¹n nÐn ngang thí chØ b»ng 1 2 giíi h¹n cêng ®é chÞu nÐn däc thí. ë ®é Èm 15%, giíi h¹n cêng ®é chÞu nÐn cña gç th«ng Nga lµ 3,9 kN/cm2, gç giÎ ViÖt Nam (nhãm 5) lµ 5,7 kN cm2 . Khi chÞu nÐn gç Ýt chÞu ¶nh hëng cña khuyÕt tËt. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho biÕt, nÕu ®êng kÝnh m¾t gç 18
  19. σ σ ϕ = k ϕ = n k σ k n σ n b b b»ng 1 3 c¹nh tiÕt diÖn th× 1,0 cêng ®é cña nã khi nÐn cßn 0,9 tõ 60÷70% giíi h¹n cêng ®é 0,8 0,7 cña thanh cã cïng chÊt lîng 0,6 vµ kÝch thíc nhng kh«ng cã a 0,5 khuyÕt tËt. b 0,4 1,00 Tuy giíi h¹n cêng ®é 0,3 0,75 chÞu nÐn däc thí cña gç khi 0,2 0,50 thÝ nghiÖm nhá h¬n nhiÒu so 0,1 0,25 víi gi¬i h¹n cêng ®é khÝ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ε % kÐo, nhng giíi h¹n nµy l¹i æn H×nh 2.5 : BiÓu ®å lµm viÖc cña gç th«ng ®Þnh h¬n v× Ýt chÞu ¶nh hëng a) Khi kÐo däc thí; b) khi nÐn däc thí cña khuyÕt tËt nªn nã ®îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ vµ ph©n lo¹i gç. Trªn biÓu ®å nÐn vËt liÖu gç ngêi ta thÊy xuÊt hiÖn biÕn d¹ng dÎo vµ ngêi Gîn nh¨n 30 ta nãi gç lµm viÖc nh vËt 20 liÖu dÎo khi chÞu nÐn. §©y 20 20 lµ nguyªn nh©n lµm cho c- H×nh 2.6 MÉu thÝ nghiÖm chÞu nÐn êng ®é chÞu nÐn æn ®Þnh h¬n cêng ®é chÞu kÐo. -Cêng ®é chÞu nÐn däc thí kÝ hiÖu lµ Rn 90 -Cêng ®é chÞu nÐn ngang thí kÝ hiÖu lµ Rn 2.3. TÝnh chÞu uèn LÊy mét mÉu gç kh«ng m¾t tËt, tiÕt diÖn 2×2(cm2), dµi 30cm ®Æt lªn hai gèi tùa cña m¸y thÝ nghiÖm. C¸c gèi tùa c¸ch mót ngoµi thanh lµ 3cm (h×nh 1.7). T¸c dông hai lùc tËp trung c¸ch ®Òu gèi tùa mét ®o¹n 8 cm råi t¨ng dÇn lùc P, ta thÊy: 19
  20. P P 30 80 80 80 30 300 H×nh 2.7: MÉu thÝ nghiÖm chÞu uèn -Lóc ®Çu khi P cßn nhá, thanh vÉn th¼ng, trôc trung hoµ ë gi÷a tiÕt diÖn. Trªn tiÕt diÖn ngang, øng suÊt nÐn vµ øng suÊt kÐo t¹i c¸c thí biªn cã trÞ sè b»ng nhau. -Khi t¨ng thªm t¶i träng P, trôc trung hoµ lïi dÇn xuèng miÒn chÞu kÐo cña tiÕt diÖn. T¹i c¸c thí biªn, øng suÊt kÐo l¬n h¬n øng suÊt nÐn. -TiÕp tôc t¨ng lùc P th× trôc trung hoµ cña tiÕt diÖn cµng lïi s©u xuèng vïng kÐo cña tiÕt diÖn. T¹i c¸c thí biªn, øng suÊt kÐo l¬n h¬n nhiÒu so víi øng suÊt nÐn. Trªn h×nh 2.8b tr×nh bµy sù ph©n bè l¹i øng suÊt trªn tiÕt diÖn ngang khi gç chÞu uèn. σ σ σ min min min - - - 1 1 h 1 h h h 2 2 h 2 h + + h + σ σ σ max max max b h = h h > h h >> h σ 1 = 2σ σ 1> σ 2 σ 1 > > σ 2 max min max min max min H×nh 2.8: BiÓu ®å chÞu uèn cña gç 2.4. TÝnh chÞu Ðp mÆt (chÞu nÐn côc bé) Cã ba tr¹ng th¸i chÞu Ðp mÆt (chÞu nÐn côc bé): -Ðp mÆt däc thí: Lùc Ðp mÆt song song víi thí gç -Ðp mÆt ngang thí: Lùc Ðp mÆt t¹o víi thí gç mét gãc 900 20
  21. -Ðp mÆt xiªn thí: Lùc Ðp mÆt t¹o víi thí gç mét gãc α Khi chÞu Ðp mÆt däc thí cêng ®ä cña gç cao t¬ng ®¬ng cêng ®é nÐn däc thí. Trong tÝnh to¸n lÊy chóng b»ng nhau. Khi chiu Ðp mÆt ngang thí (α=900) cêng ®é gç cã gi¸ trÞ nhá nhÊt trong ba tr¹ng th¸i Ðp mÆt. Khi chÞu Ðp mÆt xiªn thí, cêng ®é cña gç cã gi¸ trÞ trung gian gi÷a Ðp mÆt däc thí vµ ngang thí. 90 < α < R em R em R em Trªn H×nh 2.9 tr×nh bµy mÉu thÝ nghiÖm chÞu Ðp mÆt ngang thí. Ta gäi chiÒu dµi ph©n tè chÞu Ðp mÆt lµ l vµ chiÒu dµi Ðp mÆt lµ lem ta cã: < -NÕu l lem 3 th× tØ sè nµy cµng lín kh¶ n¨ng chÞu Ðp mÆt cµng t¨ng. ≥ -NÕu l lem 3th× kh¶ n¨ng chÞu Ðp mÆt kh«ng thay ®æi. N N 20 H×nh 2.9 MÉu thÝ nghiÖm Ðp 20 mÆt ngang thí 20 60 N a) N b) c) N lem l H×nh 2.10 C¸c d¹ng Ðp mÆt ngang thí a) Ðp mÆt ngang thí trªn toµn bÒ mÆt b) Ðp mÆt trªn toµn chiÒu réng vµ mét phÇn chiÒu dµi c) Ðp mÆt trªn mét phÇn chiÒu réng vµ mét phÇn chiÒu dµi Qua thÝ nghiÖm, t×m ra mèi quan hÖ gi÷a 3 lo¹i cêng ®é nh sau: 21
  22. α R R = em em   +  R em −  3 α (2.2) 1  90 1 sin  R em  90 α Víi Rem , Rem , Rem lµ cêng ®é Ðp mÆt däc thí, ngang thí vµ xiªn thí. 2.5. TÝnh chÞu c¾t (chÞu trît) Trªn h×nh 2.11 tr×nh bµy c¸c mÉu thÝ nghiÖm khi chÞu c¾t (hay cßn gäi lµ chÞu trît) cña gç. Cã 3 trêng hîp c¾t: C¾t ®øt thí (h×nh 2.11a), c¾t däc thí (2.11b) vµ c¾t ngang thí (2.11c). T T T T T a) T b) c) H×nh 2.11 C¸c h×nh thøc chÞu c¾t C¾t däc thí ®îc chia ra lµm hai trêng hîp (H×nh 2.12) + C¾t xiªn t©m a) 18 12 2T + C¾t tiÕp tuyÕn τ T T max Víi gç th«ng Nga cã c- T êng ®é chÞu c¾t xuyªn t©m lín 10 h¬n cêng ®é chÞu c¾t tiÕp tuyÕn. 50 30 τ Cêng ®é chÞu c¾t cña gç phô tb thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: 10 2T τ T b) max -Gãc α gi÷a mÆt ph¼ng lùc c¾t vµ thí gç. 20 -C¸ch ®Æt lùc: khi lùc c¾t 20 10 τ ®Æt ë gi÷a hai ph¸i mÆt c¾t 30 tb th× gç chÞu Ðp c¾t. T T -Trêng hîp lùc ®Æt ë mét H×nh 2.12 MÉu thÝ H×nh 2.13 BiÓu ®å nghiÖm c¾t däc øng suÊt khi chÞu phÝa cña mÆt c¾t th× gç bÞ t- thí c¾t cña gç a) c¾t ë mét phÝa íc. Khi gç bÞ Ðp c¾t øng b) c¾t ë hai phÝa suÊt ph©n bè ®Òu h¬n khi bÞ tíc. 22
  23. ThÝ nghiÖm cho thÊy cêng ®é chÞu c¾t xiªn thí mét gãc cã gi¸ trÞ trung gian gi÷a cêng ®é chÞu c¾t däc thí vµ cêng ®é chÞu c¾t ngang thí. Mèi quan hÖ gi÷a ba lo¹i cêng ®é nµy ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: α R = c R c  R  +  c −  3 α (2.3) 1  90 1 sin  R c  Trong ®ã: Rc: Cêng ®é chÞu c¾t däc thí. 90 Rc : Cêng ®é chÞu c¾t ngang thí. α: Gãc hîp bëi ph¬ng cña lùc t¸c dông vµ thí gç. III. C¸c yÕu tè ¶nh hëng tíi tÝnh chÊt c¬ häc cña gç 1. §é Èm §é Èm t¨ng tõ kh«ng ®Õn ®iÓm b·o hoµ (kho¶ng 30%) th× cêng ®é vµ m«®un ®µn håi cña gç gi¶m ®i. §Ó tÝnh cêng ®é gç ë ®é Èm W, khi biÕt cêng ®é øng víi ®é Èm tiªu chuÈn ë w=18% dïng c«ng thøc: R R = 18 (2.4) W 1 + α ( W − 18) = [ + α ( − )] HoÆc R18 RW 1 W 18 (2.5) Trong ®ã: R18: Cêng ®é gç ë ®é Èm tiªu chuÈn 18%. α: HÖ sè xÐt tíi ¶nh hëng cña ®é Èm, víi gç th«ng Liªn X« + α=0,04÷0,05 khi nÐn däc thí. + α=0,04 khi uèn. + α= 0,03 khi c¾t däc thí. W: §é Èm cña gç mµ ë ®ã ta tÝnh cêng ®é. 2. NhiÖt ®é NhiÖt ®é t¨ng th× cêng ®é cña gç gi¶m ®i. ThÝ nghiÖm cho biÕt nÕu t¨ng nhiÖt ®å tõ 20÷250C ®Õn nhiÖt ®é 500C (tøc lµ ph¹m vi thay ®æi trong thùc tÕ sö dông) th× cêng ®é cña gç gi¶m nh sau: Cêng ®é kÐo gi¶m 15-20%, cêng ®é nÐn gi¶m 20-40%, cêng ®é trît gi¶m 15-20%. 23
  24. TÝnh cêng ®é cña gç ë nhiÖt ®é T: = − β ( − ) RT R20 T 20 (2.6) Trong ®ã: RT: Cêng ®é cña gç ë nhiÖt ®é T. 0 R20: Cêng ®é cña gç ë nhiÖt ®é tiªu chuÈn (T=20 C). T,20: NhiÖt ®é t¹i ®ã cÇn xÐt cêng ®é vµ nhiÖt ®é tiªu chuÈn β: HÖ sè xÐt ®Õn ¶nh hëng cña nhiÖt ®é, phô thuéc lo¹i gç vµ tr¹ng th¸i chÞu lùc. VÝ dô nh víi gç th«ng Nga: + Khi nÐn däc thí: β = 0,35 +Khi uèn: β=0,45 + Khi kÐo däc thí: β=0,4 +Khi trît däc thí: β=0,04 NhiÖt ®é t¨ng nªn m«®un ®µn håi E cña gç gi¶m ®i (tíi hai lÇn) lµm cho biÕn d¹ng t¨ng lªn. V× ®ã kÕt cÊu chÞu lùc thêng xuyªn ë nhiÖt ®é 500C kh«ng ®îc phÐp sö dông vËt liÖu gç. 3. Thêi gian chÞu t¶i ThÝ nghiÖm cña viÖn sÜ F.P. Beliankin vÒ ¶nh hëng cña t¶i träng t¸c dông l©u dµi (thêng xuyªn) tíi cêng ®é cña gç cho thÊy: cêng ®é gç gi¶m khi chÞu t¶i l©u dµi nhng kh«ng gi¶m tíi kh«ng mµ gi¶m tíi gi¸ trÞ kh«ng ®æi lµ σld (øng suÊt l©u dµi), h×nh 2.14. Cêng ®é bÒ l©u cña gç b»ng 0,5÷0,6 cêng ®é giíi h¹n khi thÝ nghiÖm. Khi tÝnh to¸n kÕt cÊu gç cÇn chó ý thiÕt kÕ sao cho øng suÊt trong cÊu kiÖn nhá h¬n ®é bÒn l©u ®Ó kÕt cÊu kh«ng bÞ ph¸ ho¹i. Trªn h×nh 2.15 tr×nh bµy biÕn d¹ng cña gç trong hai trêng hîp sau: -Khi øng suÊt trªn tiÕt diÖn nhá h¬n cêng ®é l©u bÒn (H×nh 2.15a) -Khi øng suÊt trªn tiÕt diÖn lín h¬n cêng ®é bÒn l©u (H×nh 2.15b) 24
  25. 4. Nh÷ng m¾t tËt cña gç vµ m«i trêng xung quanh Gç lµ vËt liÖu x©y dùng chÞu ¶nh hëng nhiÒu cña thiªn nhiªn vµ t¸c dông cña sinh vËt ë m«i trêng xung quanh. §ã lµ ¶nh hëng cña tËt, bÖnh (m¾t c©y, thí nghiªng, thí vÑo, khu nøt) vµ cña nÊm, mèi, môc, mät V× vËy cÇn b¶o qu¶n tèt vµ cã biÖn ph¸p cÇn thiÕt ®Ó b¶o vÖ kÕt cÊu khái sù ph¸ ho¹i cña m«i trêng xung. BiÖn ph¸p b¶o qu¶n thêng sö dông lµ: tríc khi sö dông, gç ph¶i ®îc b¶o qu¶n ë m«i trêng kh« r¸o vµ tèt nhÊt lµ ng©m tÈm ho¸ chÊt ®Ó tr¸nh mèi mät. C©u hái «n tËp 1) Nªu c¸c u nhîc ®iÓm vµ ph¹m vi sö dông kÕt cÊu gç? 2) Gç ®îc chia lµm mÊy nhãm, c¸ch chän nhãm gç khi sö dông? 3) KÓ tªn c¸c tÝnh chÊt c¬ häc quan träng cña gç? 4) §é Èm, nhiÖt ®é vµ thêi gian chÞu t¶i ¶nh hëng tíi cêng ®é cña gç nh thÕ nµo? 25
  26. Ch¬ng 3 TÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n Môc tiªu: Häc xong ch¬ng nµy häc sinh cã thÓ: Lµm ®îc bµi to¸n thiÕt kÕ, kiÓm tra cÊu kiÖn chÞu nÐn, kÐo ®óng t©m, dÇm gç chÞu uèn ph¼ng. Träng t©m: TÝnh to¸n vµ kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cÊu kiÖn chÞu kÐo, nÐn ®óng t©m vµ cÊu kiÖn chÞu uèn ph¼ng. C¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n cña kÕt cÊu gç gåm: cÊu kiÖn chÞu kÐo, nÐn ®óng t©m, cÊu kiÖn chÞu uèn ph¼ng, cÊu kiÖn chÞu xo¾n. BiÕn d¹ng, øng suÊt trªn tiÕt diÖn cña c¸c cÊu kiÖn nµy ®· ®îc nghiªn cøu kÜ ë m«n C¬ häc x©y dùng. Ch¬ng nµy sÏ sö dông c¸c ph¬ng tr×nh øng suÊt, biÕn d¹ng ®· biÕt ®ã vµo ph©n tÝch kÕt cÊu gç. I. TÝnh to¸n cÊu kiÖn chÞu kÐo ®óng t©m CÊu kiÖn chÞu kÐo ®óng t©m khi lùc n»m däc theo trôc cña cÊu kiÖn. Khi cÊu kiÖn cã chç gi¶m yÕu (r·nh, lç ) th× hiÖn tîng chÞu kÐo ®óng t©m x¶y ra khi chç gi¶m yÕu nµy ®èi xøng víi trôc cÊu kiÖn. øng suÊt trong thanh chÞu kÐo ®óng t©m tÝnh theo c«ng thøc: σ = k N k Fth (3.1) Trong ®ã: N : lùc kÐo tÝnh to¸n. 26
  27. Fth: DiÖn tÝch tiÕt diÖn ®· thu hÑp cña cÊu kiÖn b»ng diÖn tÝch nguyªn = − Fng trõ ®i diÖn tÝch gi¶m yÕu Fgy (diÖn tÝch bÞ khoÐt ®i) Fth Fng Fgy Qui ®Þnh vÒ gi¶m yÕu - Mäi chç gi¶m yÕu c¸ch nhau≤20cm th× coi nh cïng n»m trªn mét tiÕt diÖn ®Ó tr¸nh sù ph¸ ho¹i gç theo ®êng gÉy khóc. - DiÖn tÝch tiÕt diÖn gi¶m yÕu kh«ng lín qu¸ 50% diÖn tÝch tiÕt ≤ diÖn nguyªn: Fgy 50%Fng 1. C«ng thøc kiÓm tra tiÕt diÖn KiÓm tra theo c«ng thøc: σ = ≤ k N K Fth R k (3.2) Trong ®ã: Rk cêng ®é chÞu kÐo tÝnh to¸n cña gç 2. C«ng thøc thiÕt kÕ tiÕt diÖn Tõ (3.2) ta cã: ≥ Fth N K Rk (3.3) Cã Fth th× c¨n cø vµo h×nh d¸ng vµ ®Æc ®iÓm gi¶m yÕu cña tiÕt diÖn ®Ó x¸c ®Þnh ra c¸c kÝch thíc tiÕt diÖn. VÝ dô 3-1 KiÓm tra bÒn thanh qu¸ giang cã kÝch thíc vµ chÞu lùc nh h×nh vÏ (H×nh 3.3). BiÕt NK=40kN. Thanh qu¸ giang dïng gç nhãm VI, W=18%. C¸c sè liÖu: Ta thÊy c¸c gi¶m yÕu trªn qu¸ giang kh«ng th¼ng vµ c¸ch nhau mét kho¶ng 12cm<20cm nªn tiÕt diÖn gi¶m yÕu ®Ó tÝnh to¸n lµ: = ( + ) = 2 = − = − ( + ) = 2 Fgy 10 3 1,2 42cm . Fth Fng Fgy 10.14 10 3 1,2 98cm 2 Víi gç nhãm VI, W=18%, tra phô lôc 3 cã: Rk=0,95 kN/cm 27
  28. σ = = = 2 < = 2 KiÓm tra: k N k Fth 40 98 0,41kN / cm Rk 0,95kN / cm KÕt luËn: Thanh qu¸ giang ®¶m b¶o ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc. II. TÝnh to¸n cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m CÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m lµ cÊu kiÖn chÞu t¸c cña lùc nÐn ®Æt trïng víi trôc cña cÊu kiÖn. Trong kÕt cÊu gç, cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m thêng gÆp lµ: Cét nhµ, cét chèng dµn giao, chèng v¸n khu«n C¸c thanh kÌo, c¸c thanh chèng chÐo trong v× kÌo gç. CÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m bÞ ph¸ ho¹i khi: - Cêng ®é chÞu lùc kh«ng ®ñ. - §é æn ®Þnh kh«ng ®ñ. 1. C«ng thøc kiÓm tra tiÕt diÖn CÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m ®ñ chÞu lùc cÇn ph¶i ®¶m b¶o ba ®iÒu kiÖn: - §iÒu kiÖn cêng ®é. - §iÒu kiÖn ®é m¶nh. - §iÒu kiÖn æn ®Þnh. 1.1 §iÒu kiÖn cêng ®é σ = ≤ n N n Fth Rn (3.4) 1.3 §iÒu kiÖn ®é m¶nh λ = ≤ [λ ] max l0 rmin (3.5) Trong c¸c biÓu thøc (3.4) (3.5) th×: σn: øng suÊt do lùc nÐn tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi g©y ra. Nn: Lùc nÐn tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi. = µ l0: ChiÒu dµi tÝnh to¸n cña cÊu kiÖn. TÝnh theo: l0 l l: ChiÒu dµi thùc tÕ cña cÊu kiÖn. λmax: §é m¶nh theo ph¬ng nguy hiÓm 28
  29. [λ] : §é m¶nh giíi h¹n, lÊy theo phô lôc 4. µ: HÖ sè phô thuéc vµo liªn kÕt hai ®Çu thanh, tra theo phô lôc 5. rmin: B¸n kÝnh qu¸n tÝnh nhá nhÊt cña tiÕt diÖn nguyªn. TÝnh theo = c«ng thøc SBVL: r J ng Fng = - §èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt b lµ c¹nh ng¾n: rmin b 12 = - §èi víi tiÕt diÖn trßn ®êng kÝnh d: rmin 0,25d 1.3 §iÒu kiÖn æn ®Þnh N σ = n ≤ R n ϕ n (3.6) .Ftt Trong ®ã: σn: øng suÊt do lùc nÐn tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi g©y ra. Nn: Lùc nÐn tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi. Ftt: DiÖn tÝch tÝnh to¸n cña tiÕt diÖn khi xÐt vÒ æn ®Þnh: - Khi trªn cÊu kiÖn kh«ng cã lç khuyÕt: Ftt=Fng - Khi cã lç khuyÕt ë gi÷a tiÕt diÖn (H3.3’a): ≤ → = + NÕu Fgy Fng 4 Ftt Fng > → = ( ) + NÕu Fgy Fng 4 Ftt 3 4 Fth - Khi cã lç khuyÕt ®èi xøng ë mÐp tiÕt diÖn th× Ftt=Fth (H3.3’b) - Khi lç khuyÕt kh«ng ®èi xøng, kh«ng tÝnh theo nÐn ®óng t©m. ϕ: HÖ sè uèn däc (phô thuéc vµo ®é m¶nh λ tÝnh ë 3.5), ®· ph©n gh = tÝch ë m«n C¬ häc x©y dùng, cô thÓ kÕt cÊu gç víi E Rn 312 cho mäi lo¹i gç c¸c kÕt qu¶ vÒ æn ®inh rót ra: 3100 λ ϕ = + Khi > 75: λ 2  λ  2 + Khi λ≤ 75: ϕ = 1 − 0,8  (C«ng thøc C«sªc«p)  100  29
  30. N N N a) N b) N c) N H×nh 3.3': Mét sè s¬ ®å thanh chÞu nÐn ThÝ dô 3.2 KiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét chÞu nÐn ®óng t©m nh h×nh 2-5 biÕt: tt Lùc nÐn tÝnh to¸n Nn =108kN; chiÒu cao cét lµ 4m, [λ] = 120. Cét lµm b»ng gç nhãm VI, W=18%. Lêi gi¶i: 1) Sè liÖu tÝnh to¸n 2 Gç nhãm VI, ®é Èm W=18%, tra phô lôc 3: Rn=1,15kN/cm . 2 Fth=Fng-Fgy=15.15-2.3.15=135cm . λ = = ( ) = > Tra phô lôc 5: µ=1; max l0 rmin 1.400 0,289.15 92 75. TÝnh ϕ theo: ϕ = 3100 λ 2 = 3100 922 = 0,37 2) KiÓm tra ®iÒu kiÖn c êng ®é σ = tt = = 2 n N .R n 108 0,37.135 2,16 kN cm R n 30
  31. §iÒu kiÖn æn ®Þnh kh«ng ®¶m b¶o. 5)KÕt luËn: Cét kh«ng ®¶m b¶o chÞu lùc. ThÝ dô 3.3 KiÓm tra tiÕt diÖn mét thanh chÞu nÐn ®óng t©m. Cho biÕt thanh cã tiÕt diÖn 18×12 cm2; dµi 4,24m, hai ®Çu liªn kÕt khíp. Lùc nÐn tÝnh to¸n lµ 57kN. 2 Cêng ®é chÞu nÐn tÝnh to¸n cña gç Rn=13MN/m . [λ]=150. Lêi gi¶i 1) Sè liÖu tÝnh to¸n = = = 2 3 Fth Ftt 18x12 216cm ; N=57 kN=57.10 N. rmin=0,289b=0,289.12=3,43cm. µ=1 → chiÒu dµi tÝnh to¸n l0=l=424cm. 2) KiÓm tra c êng ®é σ = = = 2 = 2 75 → ϕ = 3100 1232 = 0,205 . N 57.103 N MN MN σ = = = 1280 = 12,8 75 31
  32. 3100 λ N = ϕ R F = R F Tõ (3.6) ¸p dông cho ®é m¶nh >75 ta cã: n λ 2 n Nλ 2 HoÆc: F = (3.7) 3100Rn 2.1.1. Víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt vµ tiÕt diÖn vu«ng = × = 2 λ 2 = 2 Víi k= h / b ; Ftt b h kb ; Ta cã: 12kl0 Ftt thÕ vµo (3.7): l0 kN F F ≥ (3.8) b = (3.9) 16 R n k Víi tiÕt diÖn vu«ng (k=1): l0 N F ≥ (3.10) b = F (3.11) 16 R n 2.1.2. Víi tiÕt diÖn trßn = π 2 → 2 = π → λ 2 = π 2 §êng kÝnh tiÕt diÖn lµ D: F D 4 D 4F 4 l0 F ThÕ vµo (3.7) rót ra ®îc: l N F = 0 (3.12) D = 1,135 F (3.13) 15,75 R n 2.2. Trêng hîp gi¶ thiÕt λ≤75   λ  2  = −   Tõ (3.6) ¸p dông cho ®é m¶nh λ≤75 ta cã: N  1 0,8  R n F   100   = + λ 2 Tõ ®ã rót ra: F N R n 0,00008 F (3.14) 2.2.1 Víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt vµ tiÕt diÖn vu«ng Nh phÇn 2.1 ta thay λ vµo (3.14): = + 2 F N Rn 0,001kl0 (3.15) Víi tiÕt diÖn vu«ng th× k=1: = + 2 F N Rn 0,001l0 (3.16) 2.2.2 Víi tiÕt diÖn trßn = + 2 F N R n 0,001l0 (3.17) D = 1,135 F (3.18) 32
  33. Chó ý: Khi x¸c ®Þnh ®îc diÖn tÝch tiÕt diÖn F, c¨n cø vµo h×nh d¸ng tiÕt diÖn, ®Æc ®iÓm cÊu t¹o, gi¶m yÕu (nÕu cã) ®Ó tÝnh ra kÝch thíc tiÕt diÖn thùc tÕ, råi kiÓm tra l¹i theo ®iÒu kiÖn: (3.4) (3.5) vµ (3.6). Sau ®©y cã thÓ tãm t¾t bµi to¸n thiÕt kÕ tiÕt diÖn gåm c¸c b íc: . T×m c¸c sè liÖu tÝnh to¸n, chän h×nh d¸ng tiÕt diÖn. . Gi¶ thiÕt λ≥75 hay λ 75, ta cã: ≥ l0 N n = 360 55 = 2 2 ≥ 2 → = Ftt 136cm ;a 136cm Chän a 12cm. 16 Rn 160 1,5 3) KiÓm tra tiÕt diÖn λ = = ( ) = > KiÓm tra c«ng thøc tÝnh Ftt: l0 r 360 0,289.12 104 75 C«ng thøc x¸c ®Þnh Ftt phï hîp víi gi¶ thiÕt, ®iÒu kiÖn æn ®Þnh ®¶m b¶o. 33
  34. KiÓm tra ®iÒu kiÖn cêng ®é: TiÕt diÖn kh«ng cã gi¶m yÕu, nªn kh«ng cÇn kiÓm tra khi ®iÒu kiÖn æn ®Þnh ®· ®¶m b¶o. KiÓm tra ®iÒu kiÖn ®é m¶nh: λ = 104 75. Tra phô lôc 4 ta cã: [λ ] = 120 2) TÝnh to¸n NÕu chän tiÕt diÖn trßn ta cã: l N 500 100 F = 0 = = 290cm2 → D = 1,135 F = 19,33cm 15,75 Rn 15,75 1,2 Chän gç cã ®êng kÝnh trung b×nh lµ 20cm. Chó ý: Gi¶ thiÕt thêng dïng víi gç trßn lµ cø 1m th× ®êng kÝnh thay ®æi 1cm. Thö l¹i vÒ ®é m¶nh víi tiÕt diÖn trßn võa tÝnh to¸n trªn: λ = ( ) = > max 500 0,25.20 100 75 ®óng víi gi¶ thiÕt. λ = Dïng tiÕt diÖn 18×18 cm, max 500 0,289.18 93,5 75 . Phï hîp víi gi¶ thiÕt. 34
  35. ThÝ dô 3.6 Trong c«ng t¸c thi c«ng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng, gç ®îc sö dông nhiÒu ®Ó lµm v¸n khu«n, cét chèng Gi¶ sö cét chèng v¸n khu«n sµn ngêi ta bè trÝ 2 thµnh líi 0,6×1m. Vµ t¶i träng tÝnh to¸n khi ®æ bª t«ng sµn lµ qtt=7,5KN/m . C©y chèng dïng gç nhãm VII, ®é Èm W=18%. Yªu cÇu x¸c ®Þnh tiÕt diÖn cét chèng, biÕt chiÒu dµi c¸c cét chèng lµ 3,1m. Lêi gi¶i 1) Sè liÖu tÝnh Ta cã s¬ ®å tÝnh c©y chèng lµ thanh hai ®Çu liªn kÕt khíp. Tra phô lôc : µ=1 → l0=1.310=310cm. 2 Gç nhãm VII, W=18% tra phô lôc 3: Rn=1 KN/cm . Gi¶ thiÕt λ>75. Tra phô lôc 4 ta cã: [λ ] = 150 . Lùc nÐn tÝnh to¸n nªn cét chèng lµ phÇn t¶i träng ph©n bè trªn diÖn tÝch 1×0,6m2: N=7,5.0,6=4,5KN. 2) TÝnh to¸n Chän c©y chèng tiÕt diÖn ch÷ nhËt cã k = h b = 1,5 . 310 1,5.4,5 F 50,3 F ≥ = 50,3cm2 → b = = = 5,8cm. 16 1 k 1,5 Chän b=8cm; h= kb=1,5.8=12cm. TiÕt diÖn dïng c©y chèng lµ 8×12cm. KiÓm tra l¹i tiÕt diÖn c©y chèng ®· chän: KiÓm tra theo ®iÒu kiÖn ®é m¶nh: = = = rmin b 12 8 / 12 2,31cm λ = = = > max l0 rmin 310 2,31 134 75 : phï hîp gi¶ thiÕt. λ = < [λ ] = MÆt kh¸c max 134 150 . §iÒu kiÖn ®é m¶nh ®¶m b¶o. V× c©y chèng tiÕt diÖn nguyªn nªn ®iÒu kiÖn cêng ®é tù tho¶ m·n. KÕt luËn: Chän c©y chèng v¸n khu«n 8×12cm. 35
  36. III. TÝnh to¸n cÊu kiÖn chÞu uèn ph¼ng CÊu kiÖn gç chÞu uèn ph¼ng rÊt phæ biÕn, hay gÆp ®ã chÝnh lµ dÇm sµn g¸c, dÇm trÇn, dµn gi¸o, v¸n thi c«ng sµn Khi tÝnh to¸n cÊu kiÖn chÞu uèn ph¼ng ph¶i tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n 1 (cêng ®é) vµ tr¹ng th¸i giíi h¹n 2 (biÕn d¹ng). 1. KiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc 1.1 KiÓm tra vÒ cêng ®é 1.1.1 KiÓm tra ®iÒu kiÖn øng suÊt ph¸p σ = ≤ max M max Wth mRu (3.19) 1.1.2 KiÓm tra ®iÒu kiÖn øng suÊt tiÕp Q.S τ = c ≤ R c (3.20) b c J ng Khi dÇm ng¾n míi cÇn kiÓm tra theo øng suÊt tiÕp. DÇm coi lµ ng¾n khi tØ sè gi÷a chiÒu dµi tÝnh to¸n vµ chiÒu cao tiÕt diÖn l h ≤ 5. Trong (3.19), (3.20) th×: Mmax: M« men uèn t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi do t¶i träng tÝnh to¸n g©y ra. Wth: M«men chèng uèn cña tiÕt diÖn ngang ®ang xÐt. σmax: øng suÊt t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do m«men uèn tÝnh to¸n g©y ra. m: HÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc, lÊy ë phô lôc 6. τ: øng suÊt tiÕp t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do lùc c¾t tÝnh to¸n g©y ra. Q: Lùc c¾t tÝnh to¸n t¹i vÞ trÝ bÊt lîi. Sc: M«men tÜnh cña phÇn bÞ c¾t lÊy víi trôc trung hoµ. Jng: M«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn nguyªn ®èi víi trôc trung hoµ. bc: ChiÒu réng tiÕt diÖn. Rc: Cêng ®é chÞu c¾t tÝnh to¸n theo ph¬ng däc thí cña vËt liÖu. §èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt (vµ vu«ng) (3.20) cã d¹ng: 3 Q τ = ≤ R (3.21) 2 F c §èi víi tiÕt diÖn trßn, c«ng thøc (3.20) cã d¹ng: 4 Q τ = ≤ R (3.22) 3 F c 1.2 C«ng thøc kiÓm tra ®é vâng (®é cøng, biÕn d¹ng) 36
  37. f P l2 1 max = k tc ≤ (3.23) l EJ n 0 Trong ®ã: fmax / l : §é vâng t¬ng ®èi (vÞ trÝ bÊt lîi) do t¶i träng tiªu chuÈn g©y ra. k: HÖ sè tÝnh vâng (lÊy theo b¶ng tra SBVL). Cho t¹i phô lôc 8. Ptc: Tæng t¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn dÇm. LÊy theo PL8. l: NhÞp dÇm. E: M«®un ®µn håi cña gç. Phô thuéc vµo tõng lo¹i gç, thay ®æi trong pham vi réng E=(600÷2000)KN/cm2.TÝnh to¸n th«ng th- êng cã thÓ lÊy theo gç th«ng Nga E=1000 KN/cm2. J: M«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn ®ang xÐt lÊy víi trôc t¬ng øng 1/ n 0 : ®é vâng t¬ng ®èi cho phÐp lÊy theo qui ph¹m ( tra phô lôc 7). 2. C«ng thøc thiÕt kÕ tiÕt diÖn Chän kÝch thíc tiÕt diÖn, cã thÓ sö dông theo mét trong ba c¸ch sau: 2.1. Chän kÝch thíc tiÕt diÖn theo ®iÒu kiÖn cêng ®é Tríc hÕt ta hay chän h×nh d¸ng tiÕt diÖn. Th«ng thêng víi cÊu kiÖn gç chÞu uèn ta chän tiÕt diÖn ch÷ nhËt tiÕt diÖn b×h. Trong ®ã gi¶ thiÕt tríc tØ sè k = h b = (1 ÷ 2) , h lµ c¹nh song song víi mÆt ph¼ng uèn. ≥ M max Wyc (3.24) R u Cã Wyc, ta t×m ®îc b×h, råi kiÓm tra theo (3.20), (3.23) nÕu cÇn. 2.2. Chän kÝch thíc tiÕt diÖn theo ®iÒu kiÖn ®é cøng Tõ ®iÒu kiÖn vÒ ®é cøng (3.23) ta cã: kP l2 n J= tc 0 (3.25) E Cã J ta t×m ®îc c¸c kÝch thíc cña tiÕt diÖn (vÝ dô b×h cña tiÕt diÖn ch÷ nhËt) sau ®ã kiÓm tra ®iÒu kiÖn cêng ®é nÕu cÇn. 2.3. Chän kÝch thíc tiÕt diÖn dùa vµo ®iÒu kiÖn ®é cøng vµ cêng ®é + Tõ (3.24) t×m: W → (kÝch thíc tiÕt diÖn 1). + Tõ (3.25) t×m: J → (kÝch thíc tiÕt diÖn 2). 37
  38. Trong hai tiÕt diÖn ta chän tiÕt diÖn lín h¬n. ThÝ dô 3.7 Chän tiÕt diÖn cho mét dÇm gç, biÕt : nhÞp dÇm l=4,5m; chÞu t¶i träng tiªu chuÈn qtc=4kN/m vµ t¶i träng tÝnh to¸n qtt=4,85 kN/m; (h×nh 3.6a) ®é vâng t¬ng ®èi cho = 6 2 phÐp 1 n0 1 250 ; E=10 N/cm . Lêi gi¶i 1) Sè liÖu tÝnh to¸n 2 - Chän gç nhãm IV, W=18% → Ru=1,5 kN/cm . TÝnh vµ vÏ biÓu ®å m«men cho dÇm nh h×nh (3.6b) q l 2 4,85.4,52 - M = tt = = 12,28KNm = 1228KNcm max 8 8 Chän tiÕt diÖn ch÷ nhËt, gi¶ thiÕt k=h/b=1,25. Dù kiÕn chän tiÕt diÖn ch÷ nhËt c¹nh lín h¬n 15cm →m=1 2) X¸c ®Þnh tiÕt diÖn M 1228 2 3 3 ≥ max = = 3 = bh = h = h Wx 819cm . MÆt kh¸c Wx R u 1,5 6 6k 6.1,25 h3 ≥ 819 → h3 ≥ 3 919.6.1,25 → h = 18,4cm. 6.1,25 b = h k = 18,4 /1,25 = 14,72cm. Chän kÝch thíc tiÕt diÖn: h=20 cm; b=15cm; Phï hîp víi m=1; = 2 = 2 = 3 3 = 3 = 3 = 4 4 Wx bh 6 15.20 6 10 cm ;Jx bh 12 15.20 12 10 cm 3) KiÓm tra tiÕt diÖn 38
  39. - KiÓm tra ®iÒu kiÖn øng suÊt tiÕp: 5h=100cm = fmax l 1 210 1 n0 1 250 §iÒu kiÖn biÕn d¹ng kh«ng b¶o ®¶m. Chän l¹i tiÕt diÖn: chän b×h=15×22cm2. = 3 = 3 = 4 TÝnh l¹i Jx: Jx bh 12 15.22 12 13310cm . KiÓm tra l¹i ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng: 2 fmax = 5 18.450 = 1 < 1 = 1 . 3 l 384 10 .13310 280 n 0 250 §iÒu kiÖn biÕn d¹ng ®¶m b¶o. 4. KÕt luËn: TiÕt diÖn 15×22 (cm2) lµ ®¹t yªu cÇu. 3. Qui ®Þnh c¾t v¸t ®Çu dÇm Khi cÇn h¹ thÊp chiÒu cao kiÕn tróc t¹i gèi tùa (nh vÞ trÝ dÇm phô kª vµo dÇm chÝnh) cã thÓ c¾t v¸t. BÒ s©u lín nhÊt cho phÐp cña r·nh c¾t vµo thí bÞ kÐo ë ®Çu dÇm phô thuéc vµo øng suÊt tiÕp trung b×nh (tÝnh theo c«ng thøc 3.26) vµ bÒ cao chç c¾t v¸t ®Çu dÇm 39
  40. (h×nh 3.7). §Ó tr¸nh cho cÊu kiÖn bÞ to¸c, gÉy hoÆc nøt th× kÝch thíc r·nh c¾t ph¶i tu©n theo qui ®Þnh cña tiªu chuÈn. øng suÊt tiÕp trung b×nh t¹i gèi tùa, khi ph¶n lùc gèi tùa lµ Q: τ = tb Q bh (3.26) H×nh 3.7 th× a: lµ bÒ sau r·nh kh¾c; c:bÒ dµi vËt tùa; c1:chiÒu dµi c¾t v¸t. τ ≥ 2 ≤ a, c, c1: ®îc lÊy theo qui ®Þnh nh sau: tb 0,06 kN cm th× a 0,10h; τ ≥ 2 ≤ τ ≥ 2 ≤ tb 0,04 kN cm th× a 0,25h; tb 0,025 kN cm th× a 0,5h. Ngoµi ra a cßn phô thuéc chiÒu cao h cña dÇm: h>18cm th× a≤ 0,3h;h=12÷18cm th× a≤ 0,4h;h<12cm th× a≤ 0,5h. ChiÒu dµi c¾t v¸t: c1 ≥ 4a; bÒ dµi vËt tùa: c≤ h R·nh c¾t nªn lµm v¸t tr¸nh g©y tËp trung øng suÊt dÔ lµm nøt dÇm. NÕu gÇn gèi tùa cã lùc tËp trung lín th× kh«ng ®îc c¾t r·nh. IV. CÊu kiÖn chÞu uèn xiªn CÊu kiÖn chÞu uèn xiªn thêng gÆp lµ xµ gå (h×nh 3.8), li t« CÊu kiÖn chÞu uèn xiªn còng cÇn ®¶m b¶o 2 ®iÒu kiÖn: §iÒu kiÖn cêng ®é vµ ®é cøng. Xµ gå chÞu t¶i träng trùc tiÕp tõ m¸i, t¶i träng q kh«ng n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng nµo cña tiÕt diÖn, nh vËy xµ gå chÞu uèn xiªn. §Ó xÐt sù lµm viÖc cña cÊu kiÖn chÞu uèn xiªn ta sÏ xÐt sù lµm viÖc cña mét thanh xµ gå. 1 C«ng thøc kiÓm tra XÐt thanh xµ gå nh h×nh 3-10 1.1 KiÓm tra cêng ®é 40
  41. max M max σ = M x + y ≤ max R u (3.27) Wx Wy T¶i träng q t¸c dông lªn xµ gå ®- îc ph©n ra thµnh hai thµnh phÇn vu«ng gãc nhau trïng víi trôc qu¸n tÝnh chÝnh trung t©m cña tiÕt diÖn (h×nh 3.9): = α qx q.sin = α qy q.cos M«men do q g©y ra, còng ®îc ph©n ra hai thµnh phÇn: max = α M x M max cos max = α M y M max .sin Trong ®ã: max m«menmax uèn tÝnh to¸n t¹i M x , M y tiÕt diÖn bÊt lîi lÊy víi : trôc x vµ trôc y do c¸c thµnh phÇn t¶i träng qx vµ qy g©y ra. Wx , Wm«y ®un kh¸ng uèn cña : tiÕt diÖn bÊt lîi lÊy víi trôc x,y. σmax: øng suÊt t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi do Mmax g©y ra. Ru: cêng ®é chÞu uèn tÝnh to¸n cña gç. q : t¶i träng toµn phÇn t¸c dông lªn xµ gå. Mmax m«men uèn do qtt g©y 41
  42. : ra. α : gãc nghiªng cña m¸i. 1.2 KiÓm tra biÕn d¹ng 2 2 f  f max   f max  max =  x  +  y  ≤ 1     (3.28) l  l   l  n 0 Trong ®ã: fmax l : §é vâng t¬ng ®èi theo ph¬ng th¼ng ®øng t¹i vÞ trÝ bÊt lîi max §é vâng t¬ng ®èi theo ph¬ng x t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do thµnh fx l : phÇn t¶i träng qx tiªu chuÈn g©y ra. Khi tÝnh ®é vâng theo ph¬ng x ta dïng m«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn lÊy víi trôc y (Jy). Xem c«ng thøc tÝnh (3.23). max §é vâng t¬ng ®èi theo ph¬ng y t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do thµnh fy l : phÇn t¶i träng qy tiªu chuÈn g©y ra. Khi tÝnh nã ta dïng m«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn lÊy víi trôc x (Jx). Xem c«ng thøc tÝnh (3.23). Lùc t¸c dông lªn xµ gå lµ c¸c lùc tËp trung ®Æt t¹i vÞ trÝ cÇu phong c¾t xµ gå, c¸c lùc nµy ®Æt gÇn nhau vµ c¸ch ®Òu th× khi tÝnh to¸n coi nh lùc ph©n bè ®Òu. 2. ThiÕt kÕ tiÕt diÖn max M M sin α Wx h Tõ ®iÒu kiÖn (3.27), y = max = tgα vµ = = k ta cã: max α W b M x M max cos y M max x ( + α ) ≤ 1 ktg R u Wx Tõ ®©y ta cã c«ng thøc ®Ó thiÕt kÕ tiÕt diÖn ch÷ nhËt: max ≥ M x ( + α ) Wx 1 ktg (3.29) Ru Cã Wx chän tiÕt diÖn, sau ®ã kiÓm tra ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng. ThÝ dô 3-8 ThiÕt kÕ mét xµ gå b»ng gç nhãm VI, W=15%, cho mét c«ng tr×nh vÜnh 42
  43. cöu cã m¸i nghiªng 370; bíc cét 3,9m. T¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn xµ gå 2 lµ qtc=2,2kN/m, t¶i träng tÝnh to¸n lµ qtt=2,68KN/m. Cho E=107 kN/m ; = 1 n0 1 150. Lêi gi¶i 1) Sè liÖu tÝnh to¸n q l2 2,68.3,92 M = tt = = 5,1kNm = 510kNcm. max 8 8 α = 370 → sin370 = 0,6;cos370 = 0,8;tg370 = 0,750 max = α = = = M x M max cos 5,1.0,8 4,08kNcm 408kNcm TÝnh t¶i träng theo hai ph¬ng x,y: tc = α = = q x q tc sin 2,2.0,6 1,32kN / m tc = α = = q y q tc cos 2,2.0,8 1,76kN / m Chän k=h×b=1,6. 2 Gç nhãm VI, ®é Èm W=15% → Ru=1,35 kN cm 2) X¸c ®Þnh tiÕt diÖn s¬ bé max ≥ M x ( + α ) = 408 ( + ) = 3 Wx 1 tg 1 1,6.0,75 665cm . R u 1,35 bh 2 h3 h3 W = = = ≥ 665cm3 . x 6 6k 6.1,6 43
  44. h 18,6 h ≥ 3 665.6.1,6 = 18,6cm;b = = = 11,6cm;Chän b×h=12×20cm2; k 1,6 3. KiÓm tra tiÕt diÖn 2  max  2  f max  fmax =  fx  +  y  ≤ 1     l  l   l  n0 C¸c t¶i träng tiªu chuÈn: tc tc tc = tc = = P = q .l = 5,148KN Py qy .l 1,76.3,9 6,864kN x x ; ; M«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn: hb3 20.123 bh3 12.203 J = = = 2880cm4 . J = = = 8000cm4 . y 12 12 x 12 12 Tra phô lôc 8 ta cã k = 5 384 max tc 2 2 fx = 5 Px l = 5 5,148.390 = 1 3 l 384 E.J y 384 10 .2880 282 f max P tcl2 2 y = 5 y = 5 6,864.390 = 1 3 l 384 E.J x 384 10 .8000 590 f  1  2  1  2 1 max =   +   = l  282   590  265 = < = fmax l 1 265 1 n0 1 150 §iÒu kiÖn biÕn d¹ng ®¶m b¶o KÕt luËn: xµ gå thiÕt kÕ nh vËy lµ ®¶m b¶o. C©u hái vµ bµi tËp 1) ViÕt c«ng thøc tÝnh øng suÊt trong thanh chÞu kÐo ®óng t©m vµ gi¶i thÝch c¸c ®¹i lîng? 2) Tãm t¾t tr×nh tù gi¶i bµi to¸n chän tiÕt diÖn thanh chÞu nÐn ®óng t©m? 3) KiÓm tra bÒn thanh qu¸ giang cã kÝch thíc vµ chÞu lùc nh h×nh vÏ 3.3. BiÕt NK=50kN. Thanh qu¸ giang dïng gç nhãm IV, W=18%. 44
  45. 4) KiÓm tra tiÕt diÖn mét thanh chÞu nÐn ®óng t©m. Cho biÕt thanh cã tiÕt diÖn 18×18 cm2; dµi 3m, hai ®Çu liªn kÕt khíp. Lùc nÐn tÝnh to¸n lµ 60kN. Gç nhãm IV, §é Èm 18%, . [λ]=150. 5) ThiÕt kÕ cét cho mét c«ng tr×nh t¹m cao 3,6m hai ®Çu liªn kÕt khíp, chÞu lùc nÐn tÝnh to¸n Nn=60kN ®Æt t¹i ®Ønh cét. BiÕt cét lµm b»ng gç nhãm IV, W=15%, [λ] = 120, kÝch thíc tiÕt diÖn 20x20cm2 6) Chän tiÕt diÖn mét cét gç cã liªn kÕt hai ®Çu lµ khíp, chÞu nÐn ®óng t©m trong mét kÕt cÊu chÞu lùc l©u dµi. BiÕt chiÒu dµi cét l=4m; t¶i träng tÝnh to¸n N=120kN. Gç nhãm VI ®é Èm 15%. 45
  46. Ch¬ng 4 Liªn kÕt kÕt cÊu gç Môc tiªu: Häc xong ch¬ng nµy häc sinh cã thÓ: HiÓu ®îc môc ®Ých cña liªn kÕt, tÝnh to¸n ®îc liªn kÕt c¬ b¶n. Träng t©m: Môc ®Ých vµ c¸c u nhîc ®iÓm cña liªn kÕt gç, cÊu t¹o liªn kÕt méng mét r¨ng. I. Kh¸i qu¸t Môc ®Ých cña liªn kÕt kÕt cÊu gç lµ ®Ó t¨ng chiÒu dµi, më réng tiÕt diÖn hoÆc ®¶m b¶o sù truyÒn lùc gi÷a c¸c cÊu kiÖn cña kÕt cÊu, lµm t¨ng ®é cøng chung cho toµn kÕt cÊu. Mét lîi thÕ cña gç lµ rÊt dÔ liªn kÕt. Cã bèn lo¹i liªn kÕt chÝnh ®îc sö dông ®Ó liªn kÕt gç víi gç: - Liªn kÕt méng: (h×nh 4.1) Liªn kÕt nµy cã kh¶ n¨ng chÞu Ðp mÆt, nhng thêng g©y trît cho vïng l©n cËn. Liªn kÕt thêng dïng ë v× kÌo, ®Çu trô cäc cña cÇu gç. - Liªn kÕt chèt: (h×nh 4.2) Chèt thêng gÆp lµ bul«ng, chèt tre, chèt gç, ®inh. Khi lµm viÖc chèt chÞu uèn, vµ mÆt lç chèt chÞu Ðp mÆt. Lo¹i liªn kÕt nµy thêng dïng ®Ó nèi dµi c¸c thanh gç. - Liªm kÕt chªm: (h×nh 4.3) Chªm thêng lµm b»ng gç, liªn kÕt nµy cã t¸c dông lµm t¨ng diÖn tÝch thanh. Chªm cã t¸c dông chèng trît gi÷a c¸c ph©n tè. Khi lµm viÖc chªm chÞu Ðp mÆt, vµ chÞu trît. - Liªn kÕt d¸n: Lo¹i liªn kÕt nµy sö dông c¸c lo¹i keo d¸n ®Ó t¹o nªn nh÷ng thanh cã tiÕt diÖn kh¸ lín b»ng c¸ch d¸n nhiÒu tÇm v¸n l¹i víi nhau. HiÖn nay liªn kÕt nµy ®îc sö dông rÊt phæ biÕn nhê sù ph¸t triÓn cña c¸c lo¹i keo d¸n, còng nh phï hîp víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt c¸c lo¹i gç th¬ng m¹i. Khi lµm viÖc, c¸c tÊm gç ®îc d¸n cã thÓ bÞ trît, bong líp d¸n. Trong bèn lo¹i liªn kÕt, 46
  47. liªn kÕt d¸n kh«ng ®ôc khoÐt gç (kh«ng cã gi¶m yÕu) nªn kh¶ n¨ng chÞu lôc cña gç sö dông lo¹i liªn kÕt nµy lµ lín nhÊt. I Chªm Chªm (2-2,5)h (0,1-0,5)h h I I-I H×nh 4.1 Liªn kÕt m«ng ®u«i kÌo H×nh 4.2 Liªn kÕt chèt (bul«ng) H×nh 4.3 Liªn kÕt chªm II. Nguyªn t¾c chung tÝnh to¸n liªn kÕt gç Trong c¸c lo¹i liªn kÕt trªn, chñ yÕu x¶y ra hiÖn tîng trît vµ Ðp mÆt. Do ®ã, liªn kÕt ®îc tÝnh to¸n vµ kiÓm tra chñ yÕu víi hai ®iÒu kiÖn vÒ trît vµ Ðp mÆt. 1. §iÒu kiÖn Ðp mÆt σ = ≤ α em N em Fem Rem (4.1) Trong ®ã: σ em : øng suÊt do lùc Ðp mÆt g©y ra. N em : Lùc nÐn tÝnh to¸n t¸c dông lªn diÖn tÝch chÞu Ðp mÆt. Fem: DiÖn tÝch Ðp mÆt. α Rem : Xem c«ng thøc 2.2 2. §iÒu kiÖn trît τ = ≤ tb N tr Ftr Rtr (4.2) R (4.3) Rtb = tr = k R tr l tr tr 1 + β tr e Trong ®ã: τ : øng suÊt do lùc trît tÝnh to¸n g©y ra trªn mÆt trît. N tr : Lùc trît tÝnh to¸n trªn mÆt trît. tb Rtr : Cêng ®é chÞu trît tÝnh to¸n trung b×nh theo ph¬ng däc thí gç. ltr : ChiÒu dµi mÆt trît. β, e: HÖ sè tÝnh trît, ®é lÖch t©m cña lùc trît, lÊy nh sau: 47
  48. - Khi r·nh méng vÒ mét phÝa (H4.4): e = 0,5h; β = 0,25 - Khi r·nh méng vÒ hai phÝa (H4.5) : e = 0,25h;β = 0,125 h: ChiÒu cao tiÕt diÖn (vÒ phÝa chiÒu s©u r·nh méng). k tr : HÖ sè gi¶m cêng ®é chÞu trît lÊy theo phô lôc 9. Nn Nn ltr ltr Ntr e Nk e h h Nk e Trôc thanh H×nh 4.5 H×nh 4.4 Nn III. yªu cÇu cÊu t¹o vµ tÝnh to¸n liªn kÕt méng Liªn kÕt méng chØ nªn dïng ë nh÷ng thanh chÞu nÐn, vµ cÇn ph¶i bè trÝ thªm c¸c liªn kÕt phô bæ trî theo cÊu t¹o nh bul«ng, vßng ®ai, ®inh ®Øa Liªn kÕt méng cã thÓ cÊu t¹o theo d¹ng mét r¨ng hoÆc hai r¨ng. MÆt truyÒn lùc cña liªn kÕt nªn ®Æt th¼ng gãc víi trôc thanh nÐn ®Ó cêng ®é chÞu Ðp mÆt lµ lín nhÊt. 1. Liªn kÕt méng mét r¨ng 1.1. CÊu t¹o - Trôc c¸c thanh cña m¾t ph¶i héi tô t¹i mét ®iÓm. - Trôc thanh nÐn (kÌo) ph¶i ®i qua träng t©m cña diÖn tÝch Ðp mÆt. - Trôc thanh kÐo (qu¸ giang) ph¶i ®i qua träng t©m tiÕt diÖn bÊt lîi. ≤ ≤ - ChiÒu s©u r·nh méng ph¶i ®¶m b¶o: h r h / 3víi m¾t gèi; h r h / 4 víi m¾t trung gian. ≤ ≤ - ChiÒu dµi mÆt trît ph¶i tho¶ m·n: 1,5 ltr 10h r - CÇn ®Æt bul«ng an toµn theo cÊu t¹o cã ®êng kÝnh bul«ng ≥12mm. Ngoµi ra nªn gia cè thªm ®ai hoÆc ®inh ®Øa. 48
  49. - Khi gãc nghiªng cña m¸i α≥600: nªn dïng méng ph©n gi¸c (chñ yÕu chÞu Ðp mÆt H×nh 4.7). τ l tr =40 Nn α hr Nk h (h-hr)/2 b H×nh 4.6 Liªn kÕt méng mét r¨ng N α N 900 − α 2 900 − α α 2 900 − 900 − α 2 α 2 N1 N2 N H×nh 4.7 - NÕu thanh qu¸ giang lµm b»ng gç trßn th× trôc cña nã ®îc phÐp qua träng t©m tiÕt diÖn nguyªn (H×nh 4.8). 49
  50. ltr Nn d tr b 1 h d d /2 d d h d Nk d d /2 d h' H×nh 4.8 Liªn kÕt méng tiÕt diÖn qu¸ giang trßn 1.2. ThiÕt kÕ vµ kiÓm tra liªn kÕt Liªn kÕt méng ®îc thiÕt kÕ (tÝnh to¸n) vµ kiÓm tra theo c«ng thøc (4.1) vµ (4.2). VÒ bµi to¸n thiÕt kÕ dùa vµo h×nh vÏ ta cã: h F = b r ; N = N ;F = b.l ;N = N cos α ; em cos α em n tr tr tr n ThÕ vµo c«ng thøc (4.1) vµ (4.2) ta cã: N cos α ≥ n h r (4.4) b.R em N l ≥ tr tr N (4.5) bR − β tr tr e 2. Liªn kÕt méng hai r¨ng 2.1. CÊu t¹o - Trôc cña mét m¾t ph¶i héi tô t¹i mét ®iÓm. - Trôc thanh nÐn ph¶i qua ®Ønh r¨ng thø hai vµ vu«ng gãc víi tiÕt diÖn Ðp mÆt. - Trôc thanh kÐo ph¶i qua träng t©m tiÕt diÖn bÊt lîi. '' ≤ - ChiÒu s©u r·nh m«ng thø hai ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn: h r h / 3 ' ≥ - ChiÒu s©u r·nh méng thø nhÊt ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn: h r 2cm - Kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÆt trît ph¶i ®¶m b¶o: ≥2cm. 50
  51.  1,5h ≤ l' ≤ 10h' - ChiÒu dµi mÆt trît cÇn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn:  tr r  ≤ '' ≤ ''  1,5h ltr 10h r - T¹i mçi r¨ng méng ®Æt mét bul«ng an toµn ®êng kÝnh ≥12mm. 2.2. ThiÕt kÕ vµ kiÓm tra liªn kÕt Liªn kÕt méng hai r¨ng (H×nh 4.9) ®îc thiÕt kÕ (tÝnh to¸n) vµ kiÓm tra theo c«ng thøc (4.1) vµ (4.2) vÒ ®iÒu kiÖn Ðp mÆt vµ trît. VÒ bµi to¸n thiÕt kÕ dùa vµo h×nh vÏ ta cã: = α Lùc trît toµn bé t¸c dông vµo kÕt cÊu: N tr N n cos h' h'' h' + h'' F = F' + F'' = b r + b r → F = b r r em em em cos α cos α em cos α N ' F' N ' Vµ thùc nghiÖm cho thÊy: em = em = tr N em Fem N tr ' ' = Fem Lùc trît t¸c dông vµo r¨ng thø nhÊt lµ: N tr N tr Fem Lùc trît tÝnh víi r¨ng thø hai lÊy lùc trît toµn bé: Rtr Tõ c«ng thøc (4.1), (4.2) vµ xÐt ®Õn hÖ sè møc ®é nguy hiÓm cña mÆt tr- ît ta cã c«ng thøc: N ' l' ≥ tr tr N ' (4.6) 0,8bR − β tr tr e N l'' ≥ tr tr N (4.7) 1,15bR − β tr tr e IV. LIªn kÕt chèt trô 1. Kh¸i niÖm Chèt trô cã thÓ lµm b»ng thÐp bul«ng, ®inh vÝt hoÆc b»ng gç, tre, chÊt dÎo. §inh còng lµ mét lo¹i chèt trô, nÕn ®êng kÝnh ®inh > 6 th× ph¶i khoan lç tríc khi ®ãng ®inh. 51
  52. a c a Τ Τ d l l d σ d d BiÓu ®å Ðp mÆt 1,5d H×nh 4.10 Bu l«ng, ®inh trong liªn kÕt chèt trô H×nh 4.10' 2 Τ Liªn kÕt chèt trô chèng trît gi÷a c¸c ph©n tè ®îc ghÐp nèi. Khi chÞu lùc chèt bÞ uèn cong, ph©n tè gç bÞ Ðp mÆt. TÝnh to¸n liªn kÕt chèt theo hai ®iÒu kiÖn: kh¶ n¨ng chèng Ðp mÆt cña ph©n tè gç, ®iÒu kiÖn chÞu uèn cña ®inh. Theo h×nh thøc ghÐp nèi cã lo¹i liªn kÕt ®èi xøng (H×nh 4.11) vµ kh«ng ®èi xøng (4.12). 2. TÝnh to¸n Trªn c¸c h×nh 4.11 vµ 4.12 th× a (cm) lµ chiÒu dµy b¶n biªn vµ b¶n gi÷a cña liªn kÕt ®èi xøng. NÕu liªn kÕt kh«ng ®èi xøng th× a lµ chiÒu dµy b¶n máng h¬n, c (cm) chiÒu dµy b¶n dµy h¬n. §êng kÝnh c¸c cèt ký hiÖu d (cm). Ta ký hiÖu: a Tem lµ kh¶ n¨ng chÞu lùc Ðp mÆt cña mÆt c¾t chèt ë b¶n biªn. c Tem lµ kh¶ n¨ng chÞu lùc Ðp mÆt cña mÆt c¾t chèt ë b¶n gi÷a. Tu lµ kh¶ n¨ng chÞu uèn cña mét chèt khi tÝnh uèn. Ba gi¸ trÞ trªn ®îc lÊy theo phô lôc 10. a c LÊy Tmin lµ gi¸ trÞ nhá nhÊt trong ba gi¸ trÞ Tem ,Tem ,Tu 52
  53. B¶n ghÐp c a c a c a a a c a a) b) a) b) B¶n nèi H×nh 4.11 Chèt ®èi xøng H×nh 4.12 Chèt kh«ng ®èi xøng (nhiÒu mÆt c¾t ) (mét mÆt c¾t) a) B¶n ghÐp b»ng gç a) C¸c ph©n tè cïng chiÒu dµy b) B¶n ghÐp b»ng thÐp b) C¸c ph©n tè kh¸c chiÒu dµy NÕu cã m mÆt c¾t tÝnh to¸n th× sè lîng chèt tÝnh theo c«ng thøc: ≥ N n ch (4.8) m.Tmin Trong ®ã: N lµ lùc t¸c dông vÒ mét phÝa cña liªn kÕt. Sau khi cã sè chèt, tiÕn hµnh bè trÝ theo c¸c kiÓu nh h×nh 4.13 dùa theo kho¶ng c¸ch tiªu chuÈn cña tim chèt tra phô lôc 11. C¸c h×nh thøc bè trÝ chèt: C¸c kho¶ng c¸ch tiªu chuÈn S1, S2, S3 lÊy ë phô lôc 10. Chó ý: Do bè trÝ chèt mµ tiÕt diÖn bÞ ®ôc lç g©y gi¶m yÕu, nªn cÇn ph¶i kiÓm tra l¹i kh¶ n¨ng chÞu lùc theo ®iÒu kiÖn cêng ®é ë ch¬ng 3. 53
  54. 3 3 S S 2 2 S b S 2 S 3 3 S S S1 S 1 S1 a c a S S S a) b) S3>4d S3 S2 2 S2 S S2 2 S2 S S3 >15d S1 S 1 >15d S1 S1 c) S3>4d d) H×nh 4.13 C¸c h×nh thøc bè trÝ chèt ThÝ dô 4.1 ThiÕt kÕ mèi nèi ®èi ®Çu cho hai thanh gç hép cã tiÕt diÖn 12x18 (cm2), chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=110KN. BiÕt vËt liÖu dïng gç nhãm 5, W=18%, chèt b»ng bul«ng d=18mm. Bµi gi¶i 1) Sè liÖu tÝnh = = = 2 DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang b¶n nèi: Fb c.b b 12x18 216cm 2 = 2 > Chän b¶n ghÐp: Fbg=8x18 (cm ). §¶m b¶o ∑ Fbg 288cm Fb 2 Gç nhãm 5, W=18% cã: Rk=0,95KN/cm . 2) TÝnh to¸n liªn kÕt §©y lµ lo¹i liªn kÕt ®èi xøng dïng chèt thÐp, tra phô lôc 10 cã: 54
  55.   T a = 80ad = 80.8.1,8 = 1152daN  em  c = = = ⇒ = Tem 50cd 50.12.1,8 1080daN Tmin 710daN   180d2 + 2a 2 = 710daN  T =  u 2   250d = 810daN  110.102 Sè chèt theo (4.8): n ≥ = 7,7 chèt. Chän 8 chèt. ch 2.710 3) Bè trÝ chèt 50 80 180 50 10 110 110 110 110 1110 80 120 80 Hình 4.14 X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tiªu chuÈn ≥ = ≥ = ≥ Theo phô lôc 11 cã: S1 6d 10,8cm;S 2 3d 5,4cm;S3 4,5cm = = = Ta bè trÝ theo kiÓu nh h×nh vÏ: S1 11;S 2 8;S3 5 KiÓm tra tiÕt diÖn bÊt lîi: N N 110 σ = k = k = = 0,63 < R = 0,95kN / cm2 k − − k Fth Fng Flo 12.18 2.12.1,8 4) KÕt luËn Chèt ®¹t yªu cÇu 55
  56. V. LIªn kÕt D¸n 1. Kh¸i niÖm Liªn kÕt d¸n lµ lo¹i liªn kÕt cøng vµ kh«ng cã tiÕt diÖn gi¶m yÕu. Khi tÝnh to¸n, ta xem cÊu kiÖn cã liªn kÕt d¸n nh cÊu kiÖn cã tiÕt diÖn nguyªn. Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n cÇn ph¶i kiÓm tra trît gi÷a c¸c líp ®îc d¸n. Trong x©y dùng cã thÓ sö dông hai lo¹i liªn kÕt d¸n chÝnh: - Gç d¸n tõ gç l¹ng: mçi líp dµy kho¶ng 1mm. - Gç d¸n cì dµy: mçi líp dµy 3-4cm. C¸c tÊm gç ®îc phñ líp keo d¸n lªn bÒ mÆt d¸n, råi Ðp cho dÝnh chÆt víi nhau víi ¸p suÊt tõ 30-50N/cm2 ®èi víi thanh th¼ng vµ 70-100N/cm2 víi c¸c thanh cong. C¸c tÊm gç ®Ó d¸n cÇn cã ®é Èm tõ 18-20% ®Ó tr¸nh hiÖn tîng gç hót n- íc cña keo g©y biÕn d¹ng hoÆc bong m¹ch d¸n. >10δ δ Nèi v¸t Keo d¸n §èi ®Çu Keo d¸n 10-150 Răng cưa Keo d¸n Khi d¸n ®iÒu quan trong cÇn cã c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng, cã thÓ d¸n nãng hoÆc d¸n nguéi. D¸n nãng rót ng¾n thêi gian, cêng ®é m¹ch ®¶m b¶o. Trong khi, nÕu d¸n gç trong ®iÒu kiÖn thñ c«ng rÊt dÔ dÉn tíi hiÖn tîng “®ãi” hoÆc “no” m¹ch, c¶ hai hiÖn tîng nµy ®Òu lµm bong m¹ch d¸n. 56
  57. §Ó nèi dµi cÊu kiÖn cã c¸c h×nh thøc d¸n th«ng dông sau (H×nh 4.15): - Nèi v¸t: thêng ®Æt ë miÒn chÞu kÐo. - Nèi ®èi ®Çu: thêng ®Æt ë miÒn chÞu kÐo. - Nèi r¨ng ca: thêng dïng cho cÊu kiÖn chÞu kÐo – uèn 2. Keo d¸n HiÖn nay cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh ho¸ chÊt, c¸c lo¹i keo chÊt l- îng tèt rÊt phong phó trªn thÞ trêng. Nhng chñ yÕu lµ keo hä phªn«n phoãcman®ªhit. Ngoµi ra cßn cã keo ca®ªin xim¨ng. C¸c lo¹i keo d¸n ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu: - Thêi gian sèng tõ 4-6h. - §é nhít cña keo ph¶i thÝch hîp ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc quÐt keo vµ d¸n Ðp. §Ó keo khái ch¶y nhiÒu vµ t¨ng ®é dÝnh cã thÓ dïng bét gç lµm cèt liÖu cho keo. C©u hái vµ bµi tËp 1) Nªu môc ®Ých cña liªn kÕt kÕt cÊu gç? 2) KÓ tªn c¸c lo¹i liªn kÕt, nªu u nhîc cña mçi lo¹i? 3) Tr×nh bµy ®Æc ®iÓm cÊu t¹o cña liªn kÕt méng mét r¨ng? 57
  58. PhÇn II KÕt cÊu thÐp Ch¬ng 5 ThÐp trong x©y dùng Môc tiªu: Häc xong ch¬ng nµy häc sinh: BiÕt ®îc ®Æc ®iÓm c¬ häc vµ ho¸ häc cña vËt liÖu thÐp x©y dùng, - u nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu thÐp, kÓ ra ®îc c¸c ký hiÖu thÐp. Träng t©m: Ph©n lo¹i thÐp, c¸c ®Æc trng c¬ häc cña thÐp I. Kh¸i niÖm Cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim vµ sù ®Çu t s¶n xuÊt cña c¸c c«ng ty s¶n xuÊt thÐp trªn thÕ giíi t¹i ViÖt Nam, hiÖn nay c¸c kÕt cÊu sö dông thÐp rÊt phæ biÕn. H×nh 5.1 CÇu thÐp New River Gorge (T¹i West Virginia – Mü) X©y dùng n¨m 1977, cÇu vît nhÞp tíi 520m Trong x©y dùng, kÕt cÊu thÐp dïng lµm c¸c c«ng tr×nh c«ng nghiÖp chÞu t¶i träng nÆng vµ rÊt nÆng, cã nhÞp lín (nh nhµ m¸y cã nhÞp lín), cã cÇu ch¹y, dïng lµm c¸c nhµ d©n dông lín nh c¸c c«ng tr×nh v¨n ho¸, r¹p chiÕu bãng, cung thÓ thao Ngoµi ra trong c¸c lÜnh vùc x©y dùng kh¸c kÕt cÊu thÐp còng 58
  59. ®îc sö dông nhiÒu: nh ®iÖn(cét cña ®êng d©y truyÒn t¶i ®iÖn), v« tuyÕn ®iÖn (c¸c th¸p anten thu ph¸t sãng), giao th«ng vËn t¶i (c¸c cÇu thÐp) 1. u nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu thÐp 1.1. u ®iÓm - KÕt cÊu thÐp lµ lo¹i kÕt cÊu an toµn, ®¸ng tin cËy, v× thÐp lµ vËt liÖu bÒn, cã cêng ®é cao, m« ®un ®µn håi lín (E=2,1.107N/cm2), ®ång nhÊt vµ ®¼ng híng. - So víi kÕt cÊu gç, kÕt cÊu g¹ch ®·, kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp th× kÕt cÊu thÐp lµ kÕt cÊu nhÑ. §iÒu nµy thÓ hiÖn qua hÖ sè phÈm chÊt C(c«ng thøc 3.5). Ta thÊy ®Ó truyÒn mét t¶i träng nh nhau th× thÐp cã kÝch thíc nhá nhÊt so víi c¸c lo¹i kÕt cÊu kh¸c(gç, BTCT). - Lµ lo¹i kÕt cÊu dÔ c«ng nghiÖp ho¸ khi s¶n xuÊt, chÕ t¹o vµ l¾p dùng nªn cã ®iÒu kiÖn rót ng¾n thêi gian x©y dùng. 1.2. Nhîc ®iÓm - KÕt cÊu thÐp dÔ bÞ han rØ khi tiÕp xóc m«i trêng (kh«ng khÝ, níc) nªn cÇn b¶o qu¶n (s¬n, m¹) trong suèt qu¸ tr×nh sö dông. - Lµ lo¹i vËt liÖu cã tÝnh phßng ho¶ kÐm. Khi nhiÖt ®é ®Õn 5000C – 6000C, gi¶m thÊp, kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu thÐp gi¶m ®¸ng kÓ. - Gi¸ thµnh c«ng tr×nh cao do vËt liÖu thÐp cã gi¸ cao. Dùa vµo c¸c u ®iÓm vµ nhîc ®iÓm trªn, khi thiÕt kÕ cÇn c©n nh¾c nhiÒu ph¬ng ¸n, gi¶i ph¸p kÕt cÊu ®Ó chän gi¶i ph¸p sö dông kÕt cÊu thÐp lµ an toµn nhÊt, hiÖu qu¶ kinh tÕ cao, thuËn tiÖn trong qu¸ tr×nh thi c«ng, b¶o dìng khi sö dông. KÕt cÊu ph¶i cã cÊu t¹o ®Ó dÔ quan s¸t, lµm s¹ch bôi, s¬n, tr¸nh tô níc. 2. C¸c lo¹i thÐp trong x©y dùng 59
  60. Phân loại thép xây dựng Thép hợp kim Thép các bon thấp (9Mn2) Thép các bon Thép các bon thường chất lương tốt Loại C (CCT) Loại B (BCT) Loại A (CT) 2.1. ThÐp c¸c bon Thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp cac bon chñ yÕu lµ Fe vµ C, ngoµi ra cßn cã mét sè nguyªn tè kh¸c tuú theo c«ng nghÖ luyÖn thÐp. Gåm hai lo¹i: thÐp c¸c bon thêng vµ thÐp c¸c bon chÊt lîng tèt. Hµm lîng th«ng dông lµ: C<2%; Mn≤0,8%; Si ≤ 0,5%; P, S ≤0,05%; cßn Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti chiÕm rÊt Ýt (kho¶ng 0,1÷0,2%). Thµnh phÇn vµ hµm lîng c¸c nguyªn tè ¶nh hëng lín tíi ®Æc tÝnh c¬ lý cña thÐp. ThÐp c¸c bon thêng ë d¹ng ®· qua c¸n máng (tÊm, c©y, thanh, thÐp h×nh ) dïng nhiÒu trong x©y dùng. ThÐp c¸c bon thêng gåm ba lo¹i: lo¹i A, lo¹i B, lo¹i C. - ThÐp c¸c bon thêng lo¹i A chØ qui ®Þnh vÒ c¬ tÝnh, TCVN qui ®Þnh m¸c thÐp lo¹i nµy cã ký hiÖu CT, con sè ®i kÌm chØ ®é bÒn giíi h¹n. Trong x©y dùng chñ yÕu dïng lo¹i CT34, CT38, CT42 cêng ®é vµ ®é dÎo trung b×nh, thuËn lîi cho viÖc gia c«ng nhÊt lµ gia c«ng kiÓu thñ c«ng. CT31, CT33 lµ thÐp kÐm phÈm chÊt, chØ dïng cho c¸c kÕt cÊu kh«ng chÞu lùc. - ThÐp c¸c bon thêng lo¹i B chØ qui ®Þnh vÒ thµnh phÇn ho¸ häc. TCVN qui ®Þnh lo¹i nµy kÝ hiÖu lµ BCT con sè ®i kÌm chØ ®é bÒn giíi h¹n gièng lo¹i A vµ thµnh phÇn ho¸ häc riªng cho lo¹i B. - ThÐp c¸c bon thêng lo¹i C qui ®Þnh vÒ c¬ tÝnh lÉn thµnh phÇn ho¸ häc. Lo¹i thÐp nµy cã c¬ tÝnh nh lo¹i A vµ cã thµnh phÇn ho¸ häc nh lo¹i B. TCVN 60
  61. qui ®Þnh lo¹i thÐp nµy kÝ hiÖu lµ CCT. ThÐp c¸c bon chÊt lîng tèt ThÐp c¸c bon chÊt lîng tèt cßn gäi lµ thÐp kÕt cÊu. ThÐp nµy chøa Ýt t¹p chÊt h¬n thÐp c¸c bon lo¹i thêng (S<0,04%, P<0,035%) vµ ®îc qui ®Þnh c¶ vÒ c¬ tÝnh vµ thµnh phÇn ho¸ häc. ThÐp lo¹i nµy chØ dïng ®Ó chÕ t¹o m¸y. 2.2. ThÐp hîp kim thÊp ThÐp hîp kim thÊp ngoµi Fe, C, t¹p chÊt do chÕ t¹o cßn cã c¸c nguyªn tè ®Æc biÖt ®îc ®a vµo (Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Cu) víi mét hµm lîng nhÊt ®Þnh, ®Ó thay ®æi cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña thÐp. VÒ tÝnh chÊt c¬ lý thÐp hîp kim cã tÝnh c¬ lý cao h¬n thÐp c¸c bon, chÞu ®îc nhiÖt ®é cao h¬n vµ cã tÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc ®Æc biÖt nh chèng ¨n mßn cña m«i trêng Ký hiÖu thÐp hîp kim theo TCVN lµ hÖ thèng ký hiÖu ho¸ häc vµ tØ lÖ phÇn v¹n c¸c bon vµ % c¸c nguyªn tè trong hîp kim. VÝ dô thÐp 9Mn2 cã 0,09%C vµ 2% Mn. 3. Quy c¸ch thÐp x©y dùng 3.1. ThÐp h×nh 3.1.1. ThÐp ch÷ L (ThÐp gãc) ThÐp cã hai lo¹i, ®Òu c¹nh vµ kh«ng ®Òu c¹nh. ChiÒu dµy : δ = 3÷ 30mm ChiÒu réng c¸nh: 36 ÷250 mm ThÐp ®îc s¶n xuÊt thµnh c¸c thanh cã chiÒu dµi tõ 9-12m. 3.1.2. ThÐp ch÷ I ThÐp ch÷ I ph©n lo¹i theo chiÒu cao tiÕt diÖn h tÝnh b»ng cm (h×nh ( 0 ) 4.2c); h=100÷700mm N − I.10 − 70 . ThÐp I cã c¸c thanh dµi 6-12m. 3.1.3. ThÐp ch÷ U ThÐp ch÷ U (H×nh 4.2d) cã chiÒu cao tiÕt diÖn h=50-400mm. ChiÒu cao 61
  62. tiÕt diÖn tÝnh b»ng cm ®îc dïng lµm sè hiÖu thÐp, cã c¸c lo¹i thÐp N 0 U5 ®Õn N 0 U40 . ThÐp U ®îc dïng chñ yÕu lµm dÇm chÞu uèn xiªn (xµ gå) víi chiÒu dµi thanh tõ 6-12m. Ngoµi c¸c lo¹i thÐp kÓ trªn, ta cßn cã c¸c lo¹i thÐp h×nh kh¸c nh thÐp vu«ng c¹nh 80-150mm, thÐp èng (tuyp) hay cßn gäi lµ thÐp vµnh khuyªn, thÐp trßn. ThÐp trßn cã hai lo¹i: trßn tr¬n vµ trßn gai, ®êng kÝnh φ3-φ40. h h B b b b b b H×nh 5.2 3.2. ThÐp b¶n 3.2.1. ThÐp b¶n phæ th«ng ChiÒu dµi tõ 5÷18m, dµy 6-50mm. Cø 2 mm chia thµnh mét cÊp. 3.2.2. ThÐp b¶n dµy Lo¹i thÐp nµy cã chiÒu dµy tõ 4÷60mm, ph©n lo¹i nh thÐp phæ th«ng nhng cø 5mm thµnh mét cÊp, réng tõ 600-3000mm, dµi 1,2-2m. 3.2.2. ThÐp b¶n máng Lo¹i thÐp nµy cã chiÒu dµy tõ 0,5-4mm, réng nhÊt lµ 1m, dïng ®Ó lîp nhµ, dËp lµm thÐp ®Þnh h×nh. II. C¸c ®Æc trng c¬ häc cña thÐp 1. TÝnh chÞu kÐo NÕu ®em kÐo mét mÉu thÐp CT38 víi lùc P t¨ng dÇn, trong thanh chØ xuÊt hiÖn øng suÊt ph¸p. Gi¸ trÞ cña øng suÊt cã quan hÖ bËc nhÊt víi t¶i träng P. øng suÊt nµy ph©n bè ®Òu trªn tiÕt diÖn thanh vµ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng 62
  63. thøc: σ = k Pk F (5.1) 2 Trong ®ã: Pk lµ t¶i träng kÐo (KN), F: diÖn tÝch tiÕt diÖn thanh (cm ). KÕt qu¶ thÝ nghiÖm chÞu kÐo vËt liÖu thÐp víi mÉu thÐp CT38 thÓ hiÖn trªn ®å thÞ quan hÖ øng suÊt – biÕn d¹ng tØ ®èi ë h×nh 5.3. Theo ®å thÞ nµy, cã thÓ chia qu¸ tr×nh lµm viÖc cña thÐp khi kÐo lµm 3 giai ®o¹n: Giai ®o¹n ®µn håi, giai ®o¹n dÎo vµ giai ®o¹n ®µn håi dÎo. Trong giai ®o¹n ®µn håi cÇn ph©n biÖt sù kh¸c nhau gi÷a giai ®o¹n tØ lÖ vµ giai ®o¹n qu¸ ®é. ë giai ®o¹n tØ lÖ khi øng suÊt trong thanh nhá h¬n 2100daN/cm2, thÐp lµm viÖc hoµn toµn theo ®Þnh luËt Hóc. σ = ε E (5.2) Trong ®ã: σ: øng suÊt trong thanh (kN/cm2). E: m« ®un biÕn d¹ng ®µn håi cña thÐp (E=2,1.107N/cm2). ε: ®é gi·n dµi t¬ng ®èi (tÝnh b»ng %). σ < σ = 2 Trong giai ®o¹n qu¸ ®é, lóc tl 2100 daN cm thÐp hoµn toµn cã kh¶ n¨ng phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu. KÕt thóc giai ®o¹n ®µn håi, khi biÕn d¹ng t¬ng ®èi ε ®¹t kho¶ng 0,2%, thÐp lµm viÖc chuyÓn sang giai ®o¹n dÎo. §Æc ®iÓm cña giai ®o¹n nµy lµ biÕn d¹ng t¨ng nhanh trong khi øng suÊt hÇu nh kh«ng ®æi. §êng biÓu diÔn lµ mét ®o¹n song song víi trôc ngang øng víi gi¸ trÞ σ = 2400daN / cm 2 . Giíi h¹n øng suÊt nµy gäi lµ giíi h¹n ch¶y σc. Khi thÐp chÞu kÐo, vÊn ®Ò quan träng lµ x¸c ®Þnh giíi h¹n ch¶y lµ giíi h¹n øng suÊt khi ®é d·n dµi t¬ng ®èi ε ®¹t tíi trÞ sè 0,2%. Theo qui íc nµy, sù lµm viÖc cña thÐp khi kÐo chØ chia lµm 2 giai ®o¹n: Giai ®o¹n ®µn håi tØ lÖ vµ gian ®o¹n ch¶y. Nh vËy thÐp bÞ ph¸ ho¹i trong tr¹ng th¸i dÎo. 63
  64. σ (KN/cm2) D 42 B 30 20 B C 20 ε l 0 l 00 0 5 21 Hình 5.3: Biểu đồ làm việc của thép khi chịu kéo Thùc tÕ khi tiÕp tôc t¨ng lùc kÐo, sù ph¸ ho¹i cña thÐp x¶y ra khi øng suÊt trong thanh rÊt lín. Víi thÐp CT38 xÊp xØ 3800-4200 daN/cm2. Trªn ®å thÞ h×nh 5.3 giai ®o¹n ®µn håi dÎo biÖu thÞ b»ng ®o¹n cong dµi nhÊt (CD). 2. TÝnh chÞu nÐn vµ sù mÊt æn ®Þnh cña thanh chÞu nÐn NÕu ®em nÐn ®óng t©m mét mÉu thÐp ng¾n biÓu ®å t¬ng quan gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng t¬ng tù nh khi kÐo. C¸c ®Æc trng c¬ häc cña thÐp (E, σc) khi nÐn gièng khi kÐo. V× mÉu thÐp ng¾n nªn nã kh«ng bÞ ph¸ ho¹i mµ chØ dÑt ra. Giíi h¹n bÒn (cêng ®é bÒn tøc thêi) kh«ng x¸c ®Þnh ®îc. §èi víi c¸c thanh dµi (mét chiÒu rÊt lín so víi hai chiÒu kia) khi chÞu nÐn sù ph¸ ho¹i x¶y ra sím h¬n nhiÒu. C¸c thanh dµi chÞu nÐn mÊt kh¶ n¨ng chÞu lùc thËm chÝ khi øng suÊt trong thanh cha ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y. Sù ph¸ ho¹i nµy x¶y ra do sù mÊt æn ®Þnh cña thanh. Nguyªn nh©n g©y ra mÊt æn ®Þnh cña thanh lµ lùc t¸c dông vît qu¸ lùc nÐn tíi h¹n (Pth) ë trong thanh (Bµi to¸n æn ®Þnh thanh th¼ng ®· nghiªn cøu trong c¬ häc x©y dùng). Theo ¬-le lùc nÐn tíi h¹n ®îc tÝnh b»ng c«ng thøc: π 2 = EJ min Pth 2 (5.3) l 0 64
  65. Trong ®ã: E: m« ®un ®µn håi. Jmin: m«men qu¸n tÝnh nhá nhÊt cña tiÕt diÖn. l0: chiÒu dµi tÝnh to¸n cña thanh, tÝnh theo nh c«ng thøc (3.5). Víi lùc tíi h¹n, trong thanh sÏ xuÊt hiÖn øng xuÊt tíi h¹n P π 2 .E.J π 2 .E σ = th = min = (5.4) th 2 λ 2 F l0 .F Trong ®ã: F lµ tiÕt diÖn ngang, λ lµ ®é m¶nh lín nhÊt cña thanh(3.5) C«ng thøc ¬ le chØ ¸p dông ®îc trong trêng hîp vËt liÖu lµm viÖc ®µn σ ≤ σ håi tuyÖt ®èi, nghÜa lµ: th tl 2 §èi víi thÐp CT38: σth=σtl=2100 daN/cm . π 2 .E 3,142.2,1.106 vµ: λ = = = 105 2100 2100 Nh vËy nh÷ng thanh cã λ≥ 105 th× cã thÓ dïng c«ng thøc ¬le ®Ó tÝnh to¸n, cßn nh÷ng thanh cã ®é m¶nh < 105 kh«ng thÓ dïng c«ng thøc ¬le ®îc ®Ó tÝnh σth ®îc mµ nã ®îc tÝnh to¸n b»ng ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Sù æn ®Þnh cña thanh nÐn ®îc tÝnh theo c«ng thøc: σ = P ( ϕ .F) ≤ R (5.5) Trong ®ã: σ: øng suÊt trong tiÕt diÖn thanh. P: lùc nÐn tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn ®ang xÐt. F: diÖn tÝch tiÕt diÖn ®ang xÐt. R: cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp. ϕ ϕ = σ < : hÖ sè uèn däc, ®îc x¸c ®Þnh nh sau: th R 1 ϕ λ σ = π 2 λ 2 Ta thÊy phô thuéc vµo ®é m¶nh v× th E ϕ ®îc tra theo phô lôc 12 phô thuéc ®é m¶nh. 3. TÝnh chÞu uèn Khi thÝ nghiÖm uèn dÇm ®¬n gi¶n nh h×nh 5.4, c¸c øng suÊt ph¸p kh«ng ph©n bè ®Òu trªn tiÕt diÖn thanh. øng suÊt nµy lín nhÊt t¹i c¸c thí biªn: 65
  66. l/2 P Md M Mmax σ min σ c σ c - - - + + + σ σ σ max c σ c H×nh 5.4 Sự làm việc của thép khi chịu uốn σ = M max y max (5.6) J min Víi tiÕt diÖn ®èi xøng: σ = M max max (5.7) Wx Trong ®ã: Mmax: m«n men uèn cùc ®¹i. Jx: m«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn lÊy víi trôc x-x1 Wx: m« ®un kh¸ng uèn cña tiÕt diÖn lÊy víi trôc x-x1 Khi tÝnh to¸n c¸c dÇm thÐp, thêng xem r»ng giíi h¹n chÞu lùc cña dÇm mÊt ®i khi øng suÊt t¹i c¸c miÒn thí biªn ®¹t gi¸ trÞ cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp, tøc lµ: = M d R.W (5.8) Trong ®ã: R: R=σc.k 66
  67. k: hÖ sè kh«ng ®ång nhÊt cña thÐp. LÊy k=0,9 σc: giíi h¹n ch¶y cña thÐp. NÕu tiÕp tôc t¨ng t¶i trong P miÒn biÕn d¹ng dÎo cµng tiÕn s©u vµo phÝa trôc trung hoµ cho tíi khi toµn bé tiÕt diÖn dÇm ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y. Trªn dÇm h×nh thµnh khíp dÎo vµ dÇm mÊt hÕt kh¶ n¨ng chÞu lùc. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña dÇm khi ®ã lµ: = σ M d c Wc (5.9) Trong ®ã: Md: m«men uèn khi h×nh thµnh khíp dÎo. Wd: m«dun kh¸ng uèn ë giai ®o¹n dÎo. ThÝ nghiÖm cho thÊy: - Víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt: Wd=1,5W -Víi tiÕt diÖn ch÷ T: Wd=1,15W W: m« ®un kh¸ng uèn á giai ®o¹n ®µn håi. C¸c cÊu kiÖn cÇn tÝnh theo biÕn d¹ng dÎo lµ: - KÕt cÊu chÞu t¶i träng tÜnh - T¹i chç cã m«men uèn lín nhÊt Mmax th× øng suÊt tiÕp τ≤0,4R (víi R lµ cêng ®é cña thÐp). 4. Sù ph¸ ho¹i dßn cña thÐp Khi lµm viÖc, thÐp cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i dÎo hoÆc dßn. Sù ph¸ ho¹i dßn cña thÐp x¶y ra khi ®é biÕn d¹ng t¬ng ®èi ε nhá hoÆc x¶y ra mét c¸ch ®ét ngét. Trong nhiÒu trêng hîp sù ph¸ ho¹i dßn x¶y ra rÊt sím khi ε cßn nhá g©y nguy hiÓm cho kÕt cÊu. Sù ph¸ ho¹i dßn x¶y ra do c¸c nguyªn nh©n sau ®©y: 4.1. ThÐp bÞ cøng nguéi ThÐp bÞ cøng nguéi khi thÐp bÞ kÐo tríc hoÆc khi gia c«ng nguéi. 4.1.1. ThÐp kÐo tríc NÕu ®em thÐp CT38 kÐo vît qu¸ giai ®o¹n ch¶y råi kh«ng kÐo n÷a. Sau ®ã dïng thÐp sÏ lµm viÖc theo s¬ ®å míi h×nh 5.5, cêng ®é thÐp t¨ng lªn nhng biÕn d¹ng gi¶m ®i rÊt nhiÒu, thÐp trë nªn dßn. 67
  68. 4.1.2.ThÐp gia c«ng nguéi Khi gia c«ng thÐp nh uèn, dËp, ®ét lç, c¾t thÐp ®Òu lµm cho thÐp bÞ cøng nguéi. T¹i c¸c vÞ trÝ ®ã biÕn d¹ng ε rÊt nhá. 4.2. ThÐp bÞ giµ Cïng víi thêi gian, tÝnh dÎo cña thÐp gi¶m dÇn. HiÖn tîng nµy x¶y ra cïng víi sù t¨ng cêng ®é vµ gi¶m biÕn d¹ng ε cña thÐp. Trªn h×nh 5.6 tr×nh bµy biÓu ®å thÝ nghiÖm hai mÉu thÐp cïng mét mÎ luyÖn. Mét mÉu mang kÐo ngay (H×nh 5.6a) cßn mét mÉu sau ®ã 30-40 n¨m (H×nh 5.6b). σ σ b b a a ε ε H×nh 5.5 Thép kéo trước H×nh 5.6 Hiện tượng già của thép 4.3. øng suÊt ph©n bè kh«ng ®Òu Khi lµm viÖc (ch¼ng h¹n khi kÐo), nÕu thÐp kh«ng cã lç khuyÕt th× øng suÊt sÏ ph©n bè ®Òu trªn tiÕt diÖn (H×nh 5.7a). NÕu thÐp cã lç khuyÕt th× ë mÐp lç khuyÕt øng suÊt ph©n bè kh«ng ®Òu (H×nh 5.7b). HiÖn tîng ®ã gäi lµ hiÖn t- îng tËp trung øng suÊt. Gäi k lµ hÖ sè tËp trung øng suÊt, ta cã: = σ σ = k max 0 3 (5.10) a) b) Trong ®ã: σmax, σ0 lµ øng suÊt t¹i mÐp lç, vµ khi thanh kh«ng cã lç Khi thiÕt kÕ cÇn tr¸nh hiÖn t- σ 68σ max 0 H×nh 5.7 HiÖn t­îng tËp trung øng suÊt
  69. îng tËp trung øng suÊt nh: thay ®æi tiÕt diÖn ®ét ngét, t¹o c¸c khe r·nh, lç khuyÕt, gãc vu«ng trªn tiÕt diÖn thanh. 4.4. ¶nh hëng cña nhiÖt ®é Khi nhiÖt ®é díi 3000C, tÝnh chÊt c¬ häc cña thÐp Ýt thay ®æi. Nhng khi t0>3000C thÐp trë nªn dßn. NÕu t0≥6000C thÐp bÞ ch¶y. Ngîc l¹i, ë t 0 ≤ − 450 C thÐp trë nªn dÔ nøt. 4.5. HiÖn tîng mái cña thÐp Khi chÞu t¸c dông cña t¶i träng lÆp ®i lÆp l¹i tøc lµ t¶i träng cã chiÒu hoÆc vÞ trÝ thay ®æi nhiÒu lÇn th× kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i rÊt sím ë øng suÊt thÊp h¬n giíi h¹n ch¶y σc. Sù ph¸ ho¹i ®ét ngét do nguyªn nh©n nµy gäi lµ hiÖn t- îng mái. Giíi h¹n øng suÊt mµ kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i vÒ mái gäi lµ cêng ®é mái (hay cêng ®é chÊn ®éng). ThÝ nghiÖm cho thÊy víi thÐp CT38 cêng ®é mái σ = b»ng 0,4 lÇn cêng ®é cña nã: cd 0,4R C©u hái «n tËp 1) Nªu c¸c u vµ nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu thÐp, khi sö dông kÕt cÊu thÐp cÇn lu ý nh÷ng ®iÓm chÝnh g×? 2) Tr×nh bµy c¸c ®Æc trng c¬ häc cña thÐp? 3) ThÐp ®îc ph©n lo¹i nh thÕ nµo? 69
  70. Ch¬ng 6 Liªn kÕt kÕt cÊu thÐp Môc tiªu: Häc xong ch¬ng nµy häc sinh: - KÓ ra ®îc c¸c lo¹i ®êng hµn vµ kÝ hiÖu cña chóng. - §äc ®îc b¶n vÏ kÕt cÊu hµn. KiÓm tra ®îc liªn kÕt hµn. Träng t©m: Kh¸i niÖm vÒ liªn kÕt thÐp, cÊu t¹o vµ tÝnh to¸nl iªn kÕt hµn I. Kh¸i niÖm vÒ liªn kÕt Liªn kÕt lµ phÇn quan träng cña kÕt cÊu thÐp, v× tõ thÐp h×nh, thÐp b¶n muèn t¹o thµnh nh÷ng cÊu kiÖn hay mét kÕt cÊu, mét c«ng tr×nh ta ph¶i dïng liªn kÕt. Nh÷ng liªn kÕt thêng ®îc sö dông trong kÕt cÊu thÐp lµ liªn kÕt bulon, liªn kÕt ®inh t¸n vµ liªn kÕt hµn. Liªn kÕt bulon vµ liªn kÕt ®inh t¸n thuéc lo¹i liªn kÕt c¬ häc. Liªn kÕt hµn ®îc t¹o thµnh do qu¸ tr×nh ho¸ häc vµ luyÖn kim. Liªn kÕt bulon vµ liªn kÕt ®inh t¸n cã tÝnh c«ng nghiÖp ho¸ cao, tèc ®é thi c«ng nhanh, nhÊt lµ liªn kÕt bulon. Nhng liªn kÕt bulon chÞu t¶i träng chÊn ®éng kÐm. Liªn kÕt ®inh t¸n thi c«ng chËm h¬n v× mét ®Çu ®inh ph¶i t¸n t¹i hiÖn trêng. Lo¹i nµy chÞu t¶i träng chÊn ®éng tèt. Hai lo¹i liªn kÕt nµy ®îc sö dông réng r·i trong kÕt cÊu thÐp. Trong ph¹m vi chong tr×nh, ta chØ xÐt ®Õn nh÷ng c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông b×nh thêng. Trong c¸c c«ng tr×nh nµy, liªn kÕt hµn ®îc dïng phæ biÕn. V× vËy trong gi¸o tr×nh nµy tËp trung giíi thiÖu liªn kÕt hµn. II. Liªn kÕt hµn 1. Kh¸i niÖm vÒ hµn So víi liªn kÕt bulon vµ liªn kÕt ®inh t¸n liªn kÕt hµn cã c¸c u ®iÓm: - TiÕt diÖn thÐp c¬ b¶n kh«ng bÞ khoÐt lç nªn tiÕt kiÖm ®îc tõ 15-20% khèi lîng thÐp vµ tiÕt kiÖm ®îc 20% c«ng chÕ t¹o. 70
  71. - T¹i chç liªn kÕt kÝn nªn vÒ h×nh thøc ®Ñp. Bªn c¹nh ®ã nã còng cã c¸c nhîc ®iÓm: - Khã kiÓm tra chÊt lîng v× t¹i vÞ trÝ liªn kÕt kÝn. - Qu¸ tr×nh hµn lµ qu¸ tr×nh ®èt nãng vµ nguéi ®i mét c¸ch côc bé nªn sinh ra øng suÊt côc bé. Trong qu¸ tr×nh hµn, kim lo¹i tiÕp xóc víi «xy vµ nit¬ trong kh«ng khÝ lµm cho ®êng hµn bÞ dßn. 1.1.C¸c ph¬ng ph¸p hµn Hai ph¬ng ph¸p hµn thêng sö dông: hµn hå quang vµ hµn x×. Hµn hå quang ®iÖn ®îc chia ra hai lo¹i: hµn tay vµ hµn tù ®éng 1.1.1. Hµn hå quang ®iÖn VÒ nguyªn t¾c, ph¬ng ph¸p nµy dïng nhiÖt ®é cao cña ngän löa hå quang ®iÖn ®èt nãng ch¶y thÐp c¬ b¶n (b¶n thÐp cÇn ®îc hµn) vµ que hµn thµnh tinh thÓ láng hoµ vµo nhau, khi ngu«i ®i t¹o thµnh ®êng hµn (h×nh 6.1). Theo c¸ch di chuyÓn que hµn, hµn hå quang ®iÖn chia thµnh ba lo¹i: - Hµn thñ c«ng (hµn tay hå quang ®iÖn) - Hµn tù ®éng (hµn m¸y): M¸y hµn di chuyÓn tù ®éng trªn ray. - Hµn nöa tù ®éng : Ngêi thî di chuyÓn m¸y hµn. Hµn tù ®éng, b¸n tù ®éng chØ thÝch hîp víi c¸c ®êng hµn dµi, th¼ng hoÆc ®é cong nhá. Nguyªn lÝ lµm viÖc cña hµn hå quang ®iÖn nh h×nh 6.1 que hàn tay cầm nguồn điện thép cơ bản dây dẫn H×nh 6.1 Hµn hå quang ®iÖn 71
  72. Dïng que hµn vµ thÐp c¬ b¶n lµm hai ®iÖn cùc nèi víi nguån ®iÖn (mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu). Dïng tay cÇm ®iÒu khiÓn que hµn, ban ®Çu dÝ s¸t vµo thÐp c¬ b¶n, sau ®ã t¸ch ra tõ 1-2mm sÏ sinh ra hiÖn tîng phãng ®iÖn t¹o thµnh hå quang. Hå quang lóc ®Çu nhá, sau to dÇn vµ liªn tôc do kh«ng khÝ ë xung quanh bÞ ®èt nãng. Khi hµn cÇn ®¶m b¶o kho¶ng c¸ch cè ®Þnh gi÷a thÐp c¬ b¶n vµ que hµn, ®ång thêi di chuyÓn ®Òu que hµn däc theo ®êng hµn. §Ó t¨ng nhiÖt ®é chç hå quang vµ ®¶m b¶o an toµn cho ngêi hµn, khi hµn dïng m¸y biÕn thÓ ®Ó gi¶m ®iÖn thÕ gi÷a hai cùc xuèng cßn 15-60V vµ t¨ng cêng ®å dßng ®iÖn tõ 200-500A. Cêng ®é dßng ®iÖn cao, tèc ®é hµn cµng nhanh, r·nh hµn ch¶y cµng s©u. Kim lo¹i tõ que hµn r¬i vµo díi d¹ng tõng giät do xung quanh hå quang cã tõ trêng. 1.1.2. Hµn x× H×nh 6.2 thÓ hiÖn s¬ ®å vµ ph¬ng ph¸p hµn x× (hµn h¬i). Nguyªn lÝ cña ph¬ng ph¸p hµn x× lµ dïng nhiÖt ®é cao cña hçn hîp khÝ «xy – axetylen khi ch¸y t¹o thµnh ®Ó ®èt nãng ch¶y thÐp c¬ b¶n vµ que hµn ®Ó t¹o nªn ®êng hµn. Ngoµi viÖc hµn kim lo¹i, cã thÓ dïng ®Ó c¾t kim lo¹i. que hàn van điều chỉnh A xê ty len mỏ hàn thép cơ bản Ôxy H×nh 6.2 Hµn x× 1.2.Que hµn Que hµn cã hai lo¹i: que hµn trÇn vµ que hµn cã thuèc bäc. Que hµn trÇn (kh«ng thuèc bäc) lµ nh÷ng ®o¹n thÐp trßn dµi 30cm. Khi hµn hå quang ch¸y trùc tiÕp trong kh«ng khÝ, ë nhiÖt ®é cao kim lo¹i t¸c dông víi «xy vµ nit¬ trong kh«ng khÝ lµm cho ®êng hµn bÞ dßn. Sau khi hµn, trªn 72
  73. mÆt ®êng hµn kh«ng cã líp xØ phñ, ®êng hµn nguéi nhanh. Do nguéi nhanh nªn c¸c bät khÝ trong ®êng hµn kh«ng tho¸t ra kÞp ®Ó l¹i c¸c lç rçng. Còng do nguéi nhanh, ®êng hµn cã nh÷ng vÕt nøt nhá, cêng ®é kh«ng ®¶m b¶o. Lo¹i que hµn nµy dïng ®Ó hµn nh÷ng bé phËn kh«ng chÞu lùc. Que hµn cã thuèc bäc gåm hai lo¹i: Lo¹i cã líp thuèc máng vµ lo¹i cã líp thuèc dµy. Lo¹i cã líp thuèc máng: Líp thuèc chiÕm 1% khèi lîng que hµn. Líp thuèc chØ cã t¸c dông lµm t¨ng Ion ®Ó æn ®Þnh hå quang ®iÖn, kh«ng cã t¸c dông ng¨n c¸ch hå quang víi kh«ng khÝ vµ t¹o ra líp xØ phñ nªn vÉn kh«ng kh¾c phôc ®îc nhîc ®iÓm cña que hµn trÇn. Que hµn cã líp thuèc bäc dµy: Líp thuèc chiÕm 30% khèi lîng que hµn. Líp thuèc nµy dµy 1,5mm. Lo¹i que hµn nµy kh¾c phôc ®îc nhîc ®iÓm cña hai lo¹i nãi trªn. Theo TCVN 338:2005 KÕt cÊu thÐp – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ th× que hµn cã c¸c lo¹i: N42, N42 – 6B, N46, N46 – 6B, N50, N50 – 6B. Trong thùc tÕ, nÕu dïng lo¹i que hµn cã líp thuèc bäc khã ch¸y th× khi hµn hå quang ch¸y trong lßng líp thuèc bäc, ng¨n c¸ch ®îc kh«ng khÝ, tËp trung ®îc nhiÖt nªn tèc ®é hµn nhanh, líp r·nh hµn ®îc che kÝn b»ng líp thuèc khã ch¸y, gi¶m ®- líp thuèc khã ch¸y hå quang îc 50% khèi lîng que thÐp c¬ b¶n hµn, chÊt lîng ®êng hµn tèt. §Ó chän que hµn cho phï hîp víi lo¹i thÐp xem phô lôc 13. thÐp c¬ b¶n H×nh 6.3 2. Ph©n lo¹i ®êng hµn - kÝ hiÖu ®êng hµn 2.1. C¸c lo¹i ®êng hµn §êng hµn chia lµm hai lo¹i: §êng hµn ®èi ®Çu vµ ®êng hµn gãc. 73
  74. 2.1.1. §êng hµn ®èi ®Çu §êng hµn ®èi ®Çu dïng ®Ó nèi hai b¶n thÐp cïng n»m trªn mét mÆt ph¼ng. §Ó r·nh hµn cã thÓ thÊm tõ trªn xuèng díi th× tuú theo thÐp c¬ b¶n dµy hay máng mµ quyÕt ®Þnh chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c thÐp c¬ b¶n víi nhau. - NÕu chiÒu dµy thÐp c¬ b¶n δ≤ 10mm th× ®Æt kho¶ng c¸ch a=0,3-0,5mm. - NÕu chiÒu dµy líp thÐp c¬ b¶n lín h¬n 10mm ®Ó r·nh hµn ®ñ thÊm s©u, ngoµi nh÷ng kho¶ng c¸ch a ra cßn ph¶i gia c«ng mÐp thÐp c¬ b¶n thÐp qui ®Þnh theo b¶ng 6.1 B¶ng 6.1 C¸c h×nh thøc gia c«ng mÐp thÐp c¬ b¶n H×nh thøc gia c«ng C¸c kho¶ng c¸ch qui ®Þnh, mm δ, mm a=0,3 0,5 Kh«ng gia c«ng mÐp δ ≤ 10 σ 600 δ H×nh ch÷ V 2 10 20 a=3 4 450 H×nh ch÷ K δ>20 3 a=3 4 2 H×nh ch÷ U δ>20 a=3 4 §êng hµn ®èi ®Çu cã u ®iÓm lµ ®êng truyÒn lùc ®i th¼ng kh«ng g©y hiÖn tîng dån Ðp trong ®êng hµn, do ®ã kh¶ n¨ng chÞu lùc tèt. Nhng cã nhîc ®iÓm 74
  75. tèn c«ng gia c«ng mÐp thÐp c¬ b¶n vµ khã ®Þnh vÞ khi hµn. 2.1.2. §êng hµn gãc §êng hµn gãc dïng ®Ó hµn hai thÐp c¬ b¶n kh«ng cïng n»m trªn mét mÆt ph¼ng. §êng hµn gãc cã u ®iÓm kh«ng ph¶i gia c«ng mÐp thÐp c¬ b¶n nh- ng cã nhîc ®iÓm lµ ®êng truyÒn lùc ®i qua ®êng hµn kh«ng th¼ng, g©y uèn côc bé lµm ®ßng hµn bÞ dån Ðp vµo gãc. §êng hµn ph¸t sinh øng suÊt côc bé ë gãc ®êng hµn. §Ó h¹n chÕ hiÖn tîng tËp trung øng suÊt ngêi ta lµm ®êng hµn tho¶i hay ®êng hµn s©u (H×nh 6.4b, H×nh 6.4c). 2.2. KÝ hiÖu ®êng hµn Theo ®iÒu kiÖn chÕ t¹o, ph©n ra hai lo¹i: §êng hµn ë xëng vµ ®êng hµn dùng l¾p ë c«ng trêng. §êng hµn nµy ®îc kÝ hiÖu nh b¶ng 6.2 B¶ng 6.2 KÝ hiÖu c¸c lo¹i ®êng hµn Lo¹i ®êng hµn Hµn ë xëng Hµn ë c«ng trêng Hµn ®èi ®Çu §êng hµn gãc liªn tôc §êng hµn gãc gi¸n ®o¹n. a a a a a Trong b¶ng trªn: a≤ 15 δmin víi cÊu kiÖn chÞu nÐn a≤30δmin víi cÊu kiÖn chÞu kÐo hoÆc c¸c bé phËn cÊu t¹o. 2.3. Cêng ®é ®êng hµn Cêng ®é ®êng hµn phô thuéc vµo chÊt lîng que hµn (lâi kim lo¹i, líp 75
  76. thuèc bäc), lo¹i thÐp c¬ b¶n, lo¹i ®êng hµn. Thùc nghiÖm ®· x¸c ®Þnh ®îc c- êng ®é c¸c ®êng hµn (xem b¶ng 6.3) B¶ng 6.3 Chän que hµn, d©y hµn vµ cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp ®- êng hµn Rgh trong ®êng hµn gãc Cêng ®é tøc thêi Hµn tù ®éng Hµn tay Cêng ®é tÝnh cña thÐp c¬ b¶n D©y hµn Que hµn to¸n chÞu c¾t cña 2 (daN/cm ) thÐp ®êng hµn Rgh (daN/cm2) c ≤ Rb 4300 CB 08A E42, E42A 1800 < c ≤ 4300 Rb 5200 CB 08| A E46, E46A 2000 CB 10 A E50, E50A 2150 c < CB 10| A E50, E50A 5200 Rb CB 10HM A E60 CB 10| 2 2.4. øng suÊt hµn, biÕn h×nh hµn vµ c¸c biÖn ph¸p ®Ò phßng Khi hµn vïng xung quanh ®êng hµn bÞ ®èt nãng. Khi nguéi ®êng hµn co ngãt, t¹i c¸c vïng ë thÐp c¬ b¶n kh«ng bÞ ®èt nãng t¹o thµnh ngµm tù nhiªn c¶n trë co ngãt cña vïng nãng ch¶y. Xung quanh ®êng hµn vµ thÐp c¬ b¶n xuÊt hiÖn lùc kÐo g©y biÕn h×nh hµn. vùng vùng vùng nguội nóng nguội Hình 6.5 øng suÊt hµn nhá lµm cho vïng xung quanh ®êng hµn cã nh÷ng vÕt r¹n nøt nhá, cßn biÕn h×nh lín sÏ lµm ¶nh hëng tíi kh¶ n¨ng sö dông cña kÕt cÊu nh hiÖn tîng cong, vªnh, (H×nh 6.6). 76
  77. a) b) Hình 5.6 a) Biến hình của tấm uốn ; b) Biến hình của dầm Sau ®©y lµ mét sè biÖn ph¸p ®Ó tr¸nh hiÖn tîng biÕn h×nh hµn: - Khi thiÕt kÕ chØ dïng võa ®ñ tiÕt diÖn ®êng hµn nh tÝnh to¸n yªu cÇu. Tr¸nh c¸c ®êng hµn thõa, c¸c ®êng hµn c¾t nhau hay c¸c ®ên hµn song song ®i gÇn nhau qu¸ dÔ sinh ra hiÖn tîng t¨ng nhiÖt lµm t¨ng biÕn h×nh. - Khi gia c«ng ph¶i chän thø tù hµn hîp lÝ. - Uèn cong ngîc kÕt cÊu tríc khi hµn, sau khi hµn sÏ biÕn h×nh trë l¹i tr¹ng th¸i b×nh thêng. - §èt nãng thÐp c¬ b¶n tríc khi hµn. - Sau khi hµn, nÕu kÕt cÊu ®· cã biÕn h×nh cã thÓ dïng c¸c biÖn ph¸p t¸c ®ông c¬ bäc hoÆc nhiÖt ®é ®Ó n¾n l¹i theo yªu cÇu sö dông. 3. TÝnh to¸n liªn kÕt hµn ®èi ®Çu 3.1. Khi chÞu lùc däc trôc 3.1.1.Trêng hîp ®êng hµn th¼ng gãc víi trôc (H×nh 6.7) l I h N N δ δ I I-I 5 N N lh 5 Hình 6.7 77
  78. §iÒu kiÖn cêng ®é: N σ = ≤ γ R h (6.1) Fh Trong ®ã: N: néi lùc tÝnh to¸n t¸c dông lªn ®êng hµn. Fh: diÖn tÝch tiÕt diÖn ®êng hµn ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. = δ Fh .l h δ: chiÒu cao tÝnh to¸n cña ®êng hµn lÊy b»ng chiÒu dµy thÐp c¬ b¶n. lh: chiÒu dµi ®êng hµn, ®îc x¸c ®Þnh nh sau: NÕu kh«ng cã m¸ng ch¾n t¹m: lh=b-1cm ®Ò phßng ®êng hµn bÞ ch¸y vµ lâm vµo hai ®Çu. NÕu cã m¸ng ch¾n t¹m: lh=b, khi hµn xong c¾t bá m¸ng ch¾n. b chiÒu réng thÐp c¬ b¶n γ: hÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc. B×nh thêng lÊy γ=1 Rh: cêng ®é chÞu kÐo (hoÆc nÐn) cña ®êng hµn. 3.1.2.Trêng hîp ®êng hµn xiªn gãc víi trôc (H×nh 6.8) l h N N N α Q α NK Hình 5.8 Dïng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch lùc ta thÊy ®êng hµn nµy chÞu ®ång thêi c¶ kÐo vµ c¾t. = α Thµnh phÇn t¶i träng g©y kÐo (nÐn) lµ: N k N.sin Thµnh phÇn g©y c¾t: Q = N.cos α §iÒu kiÖn cêng ®é: 78
  79. Nsin α σ = ≤ γ R h (6.2) Fh α τ = N cos ≤ γ h R c (6.3) Fh Trong ®ã: Fh, γ: vËn dông nh (6.1) h h cêng ®é tÝnh to¸n cña ®êng hµn ®èi ®Çu khi chÞu kÐo R ,R c : (nÐn) vµ khi chÞu c¾t. 3.2. Khi ®ång thêi chÞu lùc c¾t Q vµ m«men uèn M (H×nh 6.9) δ Q δ 5 5 M b lh lh b M 5 5 Hình 5.9 §©y lµ trêng hîp ®êng hµn chÞu uèn ngang ph¼ng, do ®ã ®iÒu kiÖn cêng ®é lµ: σ = M ≤ γ h R k (6.4) Wh τ = Q ≤ γ h Rc (6.5) Fh σ = σ 2 + τ 2 ≤ γ h td R k (6.6) Trong ®ã: Wh: m« ®un kh¸ng uèn cña tiÕt diÖn ®êng hµn; theo s¬ ®å h×nh δ 2 l h 6.9 th× Wh= 6 Fh: DiÖn tÝch tiÕt diÖn ®êng hµn. σtd: øng suÊt t¬ng ®¬ng do tæ hîp hai thµnh phÇn øng suÊt ph¸p 79
  80. vµ øng suÊt tiÕp. M,Q : m«men vµ lùc c¾t tÝnh to¸n t¸c dông lªn ®êng hµn. Chó ý: C«ng thøc (6.5) chØ lµ gÇn ®óng v× thùc tÕ øng suÊt tiÕp ph©n bè kh«ng ®Òu. Muèn tÝnh chÝnh x¸c ph¶i x¸c ph¶i tÝnh theo c«ng thøc cña Zuirapski: τ = 3Q 2F 4. TÝnh to¸n liªn kÕt hµn gãc Theo tÝnh chÊt cÊu t¹o, ngêi ta chia ®êng hµn gãc ra c¸c trêng hîp: ®- êng hµn mÐp (gãc c¹nh), ®êng hµn gãc ®Çu, ®êng hµn vßng. 4.1. §êng hµn mÐp (H×nh 6.10) Khi chÞu lùc øng suÊt c¾t (τ) ph©n bè kh«ng ®Òu däc theo chiÒu dµi ®- êng hµn (lh), trÞ sè øng suÊt ë hai ®Çu ®êng hµn lín h¬n trÞ sè øng suÊt ë gi÷a ®êng hµn. §Ó h¹n chÕ sù ph©n bè kh«ng ®Òu ®ã, qui ph¹m qui ®Þnh chiÒu dµi ®êng hµn ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu cÊu t¹o: lh≥ 40 mm vµ hh ≥ 4hh, ®ång thêi: lh ≤ 60hh. ≤ ≤ δ ChiÒu cao ®êng hµn hh còng lÊy theo qui ®Þnh sau: 4mm h h 1,2 min Trong ®ã δmin – chiÒu day cña b¶n thÐp máng nhÊt. Thùc tÕ chØ lÊy hh tèi ®a b»ng δmin. Cã thÓ chän hh theo b¶ng 6.4. 80
  81. B¶ng 6.4 ChiÒu cao nhá nhÊt cña ®êng hµn gãc hhmin (mm) Ph¬ng ph¸p hµn hhmin chiÒu dµy cña thÐp b¶n dµy nhÊt δmax (mm) 4 ÷6 6÷10 11÷16 17÷22 23÷32 33÷40 41÷80 Tay 4 5 6 7 8 9 10 Tù ®éng, nöa tù 3 4 5 6 7 8 9 ®éng Víi qui ®Þnh nh trªn, khi tÝnh to¸n ngêi ta coi øng suÊt tiÕp ph©n bè ®Òu trªn mÆt ab (H6.10c) vµ khi bÞ ph¸ ho¹i ®êng hµn bÞ trît theo mÆt AB (H6.10a). Khi ®ã diÖn tÝch ®êng hµn Fh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: = δ Fh h ∑ l h (6.7) Trong ®ã: lh: tæng chiÒu dµi ®êng hµn liªn kÕt. hh: chiÒu cao ®êng hµn. βh: hÖ sè chiÒu s©u nãng ch¶y cña ®êng hµn (phô lôc 14) Víi ®êng hµn tho¶i vµ ®êng hµn thêng: βh=0,7 Víi ®êng hµn s©u: βh=1 §iÒu kiÖn cêng ®é khi chÞu lùc däc trôc N τ = ≤ γ R h β g (6.8) h h h ∑ l h Trong ®ã: h R g : cêng ®é tÝnh to¸n cña ®êng hµn gãc (B¶ng 5.3). Tõ c«ng thøc (6.8) ta tÝnh ®îc tæng chiÒu dµi ®êng hµn trong liªn kÕt: N ∑ l ≥ h β γ h (6.9) h h h Rg 4.2. Trêng hîp hµn chång dïng ®êng hµn mÐp cã b¶n èp (H6.11) VÉn sö dông c«ng thøc (6.9) ®Ó tÝnh tæng chiÒu dµi ®êng hµn trong liªn kÕt. Sau ®ã c¨n cø chi tiÕt cËu t¹o cña liªn kÕt mµ ph©n phèi chiÒu dµi vµo c¸c ®êng hµn thµnh phÇn. ∑ l Theo h×nh H×nh 6.11 th× : l = h h 4 4.3. Hµn thÐp gãc víi thÐp b¶n 81
  82. Khi liªn kÕt thÐp b¶n I víi thÐp gãc (H×nh 6.12), dïng ®êng hµn mÐp cã chiªu cao hhs ë sên vµ hhm ë c¸nh I lh lh (nh nhau), ta vÉn sö dông c«ng thøc (6.9) ®Ó tÝnh tæng H×nh 6.11 chiÒu dµi ®êng hµn ë sên vµ lbg ë c¸nh víi néi lùc ph©n phèi trªn c¸c ®êng hµn ®ã lÊy theo b¶ng phô lôc 15. 4.4. Hµn ®Çu (H×nh 6.13) Liªn kÕt hµn gãc dïng lµm ®êng hµn ®Çu cã m« ®un biÕn d¹ng ®µn håi lín h¬n m« ®un biÕn d¹ng ®µn håi cña ®êng hµn mÐp, nhng cã biÕn d¹ng dµi têng ®èi (ε) khi bÞ ph¸ ho¹i rÊt nhá nªn ®êng hµn thêng bÞ ph¸ ho¹i theo c¸c h×nh thøc sau (H×nh 6.14): 1 N1 N2 I-I l2 H×nh 6.12 82
  83. a >5δ δ δ H×nh 6.13 H×nh 6.14 Tuy cêng ®é ®êng hµn ®Çu lín h¬n cêng ®é ®êng hµn mÐp song ®Ó ®¬n gi¶n vµ tiÖn khi tÝnh to¸n vÉn sö dông c«ng thøc (6.8). §Ó h¹n chÕ hiÖn tîng tËp trung øng suÊt trong ®êng hµn qui ®Þnh chiÒu dµi b¶n ghÐp (lbg) lµ a ph¶i ®¶m b¶o:  60mm a ≥  δ  10 max Trong ®ã: δmax – chiÒu dµy cña thÐp b¶n dµy nhÊt. 4.5. §êng hµn vßng quanh KÕt hîp ®êng hµn ®Çu vµ ®êng hµn mÐp lµ ®êng hµn vßng quanh (H×nh 6.15). §Ó h¹n chÕ hiÖn tîng tËp trung øng suÊt ngêi ta c¾t bá c¸c gãc cña b¶n ghÐp (H×nh 6.15 b). Khi tÝnh to¸n vÉn sö dông c«ng thøc (6.8). ChØ lu ý khi tÝnh to¸n ra ∑ l h lµ tæng chiÓu dµi cña c¶ ®êng hµn ®Çu vµ ®êng hµn mÐp. 83
  84. Chó ý: §Ó phßng chÊt lîng ë hai ®Çu ®êng hµn kh«ng ®¶m b¶o khi gia c«ng chiÒu dµi thøc tÕ lÊy lín h¬n chiÒu dµi tÝnh to¸n tõ 10-30 mm. 4.6. Liªn kÕt hµn hçn hîp Khi ®êng hµn ®èi ®Çu th¼ng gãc kh«ng ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc ngêi ta gia cêng thªm b»ng c¸ch dïng b¶n ghÐp ®Ó dïng thªm ®êng hµn gãc t¹o thµnh liªn kÕt hµn hçn hîp. δ N N N N δ bg Hình 6.16 Ta biÕt cêng ®é ®êng hµn ®èi ®Çu tèt h¬n ®êng hµn gãc. Do ®ã tuú theo liªn kÕt cã mét b¶n ghÐp hay hai b¶n ghÐp mµ ta cã c«ng thøc tÝnh to¸n vµ c- êng ®é ®êng hµn tÝnh to¸n kh¸c nhau: N σ = ≤ γ R h - Khi hµn cã hai b¶n ghÐp: + Fb ∑ Fbg N σ = ≤ γ R h - Khi cã mét b¶n ghÐp: + g Fb Fbg Trong ®ã: Fb: diÖn tÝch tiÕt diÖn thÐp c¬ b¶n, b»ng diÖn tÝch ®êng hµn ®èi ®Çu. Fbg vµ ΣFbg: diÖn tÝch tiÕt diÖn b¶n ghÐp vµ tæng tiÖn tÝch tiÕt diÖn c¸c b¶n ghÐp. h h R vµ Rg : cêng ®é chÞu kÐo (nÐn) cña ®êng hµn ®èi ®Çu vµ cña ®êng 84
  85. hµn gãc. h Trong trêng hîp cã mét b¶n ghpÐ ph¶i dïng Rg v× kÓ ®Õn ®æ lÖch t©m cña ®êng hµn ®èi ®Çu. 5. C¸c vÝ dô tÝnh to¸n liªn kÕt ThÝ dô 6.1 TÝnh liªn kÕt hµn cã b¶n ghÐp dïng ®êng hµn mÐp ®Ó hµn hai thÐp c¬ 2 b¶n cã tiÕt diÖn ngang Fb=280x12mm chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=750 KN. c 2 BiÕt thÐp c¬ b¶n lµ lo¹i CT3, cã σ b=22daN/mm . §iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th- êng. Lêi gi¶i. §Ó ®¶m b¶o ®ñ chÞu lùc kÐo Nk=750 KN th× tæng diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña c¸c b¶n ghÐp ph¶i tho¶ m·n > ∑ Fbg Fb 2 Ta chän kÝch thíc b¶ng ghÐp Fbg=260x8(mm ). 2 2 2Fbg=2.26.0,8=41,6cm > Fb=28.1,2=33,6 cm . Chän chiÒu cao hh=0,8 cm. Quen hµn E42, ®êng hµn gãc thêng , thÐp c¬ b¶n cã daN daN σ c = 2200 < 4300 b cm2 cm2 daN Tra b¶ng 5.3 → R = 1800 gh cm2 Tæng chiÒu dµi ®êng hµn trong liªn kÕt (ë mét nöa liªn kÕt). N ∑ l ≥ h γ β h . h .h h .R g §iÒu kiÖn lÇm viÖc b×nh thêng γ=1. 750.102 ∑ l ≥ = 74,4cm h 1.0,7.0,8.1800 85
  86. ∑ l 74,4 ChiÒu dµi ®êng hµn: l= h = = 18,6cm 4 4 §Ò phßng chÊt lîng ë hai ®Çu ®êng hµn kh«ng ®¶m b¶o lÊy lh=20cm. KiÓm tra cÊu t¹o ®êng hµn β = = 85. h .h h 85.0,7.0,8 47,6cm = = 4h h 4.0,8 3,2cm + l = 20cm = → l h 20cm 4h h 3,2cm  Tho¶ m·n + = >  l h 20cm 4cm  ChiÒu dµi ®êng hµn ghÐp: l=2.lh=2.20=40cm. Chän khe hë gi÷a hai thÐp c¬ b¶n lµ 5mm ta cã lbg=50cm. Xem h×nh 5.17 ThÝ dô 6.2 2 TÝnh liªn kÕt hµn hai thÐp c¬ b¶n cã tiÕt diÖn Fb=250.12 (mm ), chÞu 86
  87. c 2 lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=620KN. ThÐp hµn lµ lo¹i CT3, cã σb =2200 daN/cm , que hµn E.42, ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh thêng. Yªu cÇu dïng ®êng hµn vßng cã b¶n èp. Xem h×nh 5.18 Lêi gi¶i. 2 - Chän tiÕt diÖn b¶n èp: Fbg=200.8(mm ). 2 2 2Fbg=2.200.8=3200mm >Fb=250.12=3000mm . - Chän hh=8mm=0,8cm - Tæng chiÒu dµi c¸c ®êng hµn ë vÒ mét phÝa cña liªn kÕt. N 620.102 ∑ l ≥ = = 61,51cm h γ β h . h .h h .R g 1.0,7.0,8.1800 = LÊy ∑ l h 68cm Tæng chiÒu dµi ®êng hµn ®îc ph©n phèi vµo c¸c ®êng hµn nh tr×nh bµy trªn h×nh 5.18 = ( + 2 − 2 ) = l bg 2 2,5 15 7,5 31cm §Ó kÓ ®Õn khe hë lÊy bbg=31,5cm. ThÝ dô 6.3 TÝnh liªn kÕt hµn gi÷a hai thÐp gãc 100.12 víi thÐp b¶n dµy 14mm, 87
  88. c 2 chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=960 KN. ThÐp lo¹i CT38, cã σb =2200 daN/cm , dïng que hµn E.42. HÖ sè γ=1. Lêi gi¶i 120 50 95 5 2 5 7 0 0 5 5 2 5 7 5 2 315 8 N 9 1 . N 0 8 Hình 6.19 Nh×n kÝ hiÖu, ta biÕt ®©y lµ thÐp ®Òu c¹nh. - Chän chiÒu cao ®êng hµn hh=8 mm. - Tæng chiÒu dµi ®êng hµn phÝa sèng thÐp gãc: N 0,7.960.102 ∑ l ≥ 1 = = 66,7cm 1 γ β h . h .h h .R g 1.0,7.0,8.1800 ∑ l 66,7 l = 1 = = 33,3cm 1 2 2 LÊy l1=35cm. Xem h×nh 5.18 - ChiÒu dµi ®êng hµn phÝa c¸nh thÐp gãc: N 0,3.960.102 ∑ l ≥ 2 = = 28,6cm 2 γ β h . h .h h .R g 1.0,7.0,8.1800 ∑ l 28,6 l = 1 = = 14,3cm 2 2 2 LÊy l2=18cm. Chi tiÕt liªn kÕt nh h×nh 5-19. 88
  89. C©u hái vµ bµi tËp 1) Nªu c¸c u ®iÓm cña liªn kÕt hµn so víi liªn kÕt bu l«ng? 2) KÓ tªn c¸c ph¬ng ph¸p hµn, tr×nh bµy nguyªn lý cña tõng ph¬ng ph¸p. 3) TÝnh liªn kÕt hµn cã b¶n ghÐp dïng ®êng hµn mÐp ®Ó hµn hai thÐp c¬ 2 b¶n cã tiÕt diÖn ngang Fb=300x12mm chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n c 2 Nk=800 KN. BiÕt thÐp c¬ b¶n lµ lo¹i CT3, cã σ b=22daN/mm . §iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh thêng. 4) TÝnh liªn kÕt hµn gi÷a hai thÐp gãc 100.12 víi thÐp b¶n dµy 12mm, chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=100 KN. ThÐp lo¹i CT38, cã c 2 σb =2200 daN/cm , dïng que hµn E.42. HÖ sè γ=1. 5) TÝnh liªn kÕt hµn gi÷a hai thÐp gãc 100.12 víi thÐp b¶n dµy 14mm, chÞu lùc kÐo tÝnh to¸n Nk=600 KN. ThÐp lo¹i CT38, cã c 2 σb =2200 daN/cm , dïng que hµn E.42. HÖ sè γ=1. 89
  90. Ch¬ng 7 TÝnh to¸n c¸c cÊu kiÖn c¬ b¶n Môc tiªu: Häc xong ch¬ng nµy häc sinh cã thÓ: TÝnh to¸n vµ kiÓm tra ®îc kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m, cÊu kiÖn dÇm ch÷ I ®Þnh h×nh. Träng t©m: KiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cét ch÷ I ®Þnh h×nh chÞu nÐn ®óng t©m, dÇm ch÷ I ®Þnh h×nh. I. Cét ch÷ I ®Þnh h×nh chÞu nÐn ®óng t©m C¨n cø vµo s¬ ®å tÝnh ta chän ®îc tiÕt diÖn bÊt lîi sau ®ã x¸c ®Þnh tiÕt diÖn cét. DiÖn tÝch tiÕt diÖn ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: N F = (7.1) yc ϕ R Trong ®ã: Fyc: DiÖn tÝch yªu cÇu cña tiÕt diÖn. N: Lùc däc tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi. R: Cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp. ϕ λ = : HÖ sè uèn däc, phô thuéc ®é m¶nh λ cña cét: l0 rmin rmin: B¸n kÝnh qu¸n tÝnh nhá nhÊt cña tiÕt diÖn. l0: ChiÒu dµi tÝnh to¸n cña cét phô thuéc liªn kÕt hai ®Çu cét. Theo c«ng thøc (7.1), muèn x¸c ®Þnh ®îc Fyc ph¶i biÕt ϕ. Mµ ϕ l¹i phô thuéc vµo tiÕt diÖn cét, do ®ã ta ph¶i tÝnh to¸n theo ph¬ng ph¸p ®óng dÇn. §Çu tiªn ph¶i gi¶ thiÕt ®é m¶nh λ, khi cét cao 5-6m; - NÕu lùc nÐn N>1500 KN th× gi¶ thiÕt λ=70-100 - NÕu lùc nÐn N>2500 KN th× gi¶ thiÕt λ=50-70. Cã λ råi ta tra b¶ng (PL12) t×m ϕ. Thay ϕ vµo c«ng thc (7.1) ®Ó x¸c ®Þnh Fyc. Tõ Fyc tra b¶ng I ®Þnh h×nh chän thÐp I. Muèn biÕt tiÕt diÖn I võa chän cã ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc kh«ng ta ph¶i kiÓm tra theo tr×nh tù sau: Tõ thÐp I võa chän, tra b¶ng ®îc diÖn tÝch tiÕt diÖn F, b¸n kinh qu¸n 90
  91. tÝnh nhá nhÊt rmin. Sau ®ã x¸c ®Þnh ®é m¶nh theo ph¬ng bÊt lîi. λ = → ϕ max l0 rmin tra b¶ng t×m råi kiÓm tra theo c«ng thøc. [N]= ϕ .R.F ≥ N (7.2) Trong ®ã:[N] Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña tiÕt diÖn cét. NÕu kiÓm tra thÊy tiÕt diÖn kh«ng ®¶m b¶o ph¶i chän l¹i tiÕt diÖn lÇn thø hai, cø tÝnh dÇn nh vËy cho ®Õn khi tiÕt diÖn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn (7.2). ThÝ dô 7.1 Chän tiÕt diÖn cho mét cét ®Æc chÞu nÐn ®óng t©m cao 4,5m, chÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung ®Æt t¹i ®Çu cét lµ: - TÝnh t¶i Qtc=600kN, hÖ sè vît t¶i n1=1,1. - Ho¹t t¶i Ptc=1500kN, hÖ sè vît t¶i n2=1,2 BiÕt cét ®îc ngµm víi mãng, khíp víi sµn. VËt liÖu dïng lµ thÐp CT38, lo¹i I ®Þnh h×nh. Lêi gi¶i: ≥ ϕ B íc 1 . X¸c ®Þnh tiÕt diÖn Fyc N .R = + = + = + = N Q tt Ptt Q tc .n1 Ptc .n2 600.1,1 1500.1,2 2460kN Theo phô lôc 16: ThÐp CT38 cã R = 210 N mm2 = 2100 daN cm2 Gi¶ thiÕt λ=70, tra phô lôc 12: ϕ=0,754 2460.102 F ≥ = 155,36cm2 . yc 0,754.2100  F = 174cm 2 Chän I.70, ta cã:  =  rmin 3,96cm B íc 2 : kiÓm tra tiÕt diÖn I.70 l λ = 0 = 0,7.450 = max 79,5 . λmax=79,5→ ϕ=0,686 rmin 3,96 [ N] = ϕ .R.F = 0,686.21.174 = 2506KN [ N] = 2506KN > N = 2460KN 91
  92. VËy I.70 ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc. KÕt luËn: Víi tiÕt diÖn I.70 cét ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc. II. DÇm ch÷ I ®Þnh h×nh 1. TÝnh to¸n ®iÒu kiÖn cêng ®é XÐt cÊu kiÖn chÞu uèn cã tiÕt diÖn nh h×nh vÏ (H5.20a). ¸p dông c«ng thøc kiÓm tra cÊu kiÖn chÞu uèn: σ = ≤ max M max Wx R (7.3) Trong ®ã: σmax: øng suÊt t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do m«men uèn g©y ra. Mmax: m«men uèn t¹i tiÕt diÖn bÊt lîi do t¶i träng tÝnh to¸n. Wx: m«men kh¸ng uèn cña tiÕt diÖn bÊt lîi. R: cêng ®é tÝnh to¸n cña vËt liÖu lµm dÇm. Dầm phụ b) a) c δ c 1 h bf x h1c h1c d b z h h δ b c 1 h c δ y Dầm chính Hình 7.1 Chó ý: Khi dÇm cã t¶i träng tËp trung (lùc côc bé) t¸c dông (H×nh.7.1b), ta ph¶i kiÓm tra øng suÊt côc bé ph¸t sinh trong b¶n bông dÇm ngay díi n¬i ®Æt t¶i cã vît qu¸ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña b¶n bông kh«ng víi gi¶ thiÕt: øng suÊt côc bé (σcb) ph©n bè ®Òu trªn ®o¹n dÇm cã chiÒu dµi lµ z víi: z=bf+2h1c (7.4) Trong ®ã: 92
  93. bf: chiÒu réng ®Æt lùc, chÝnh lµ chiÒu réng cña c¸nh dÇm phô. h1c: kho¶ng c¸ch tõ vÞ trÝ ®Æt lùc ®Õn b¶n bông dÇm chÝnh (gåm chiÒu dµy c¸nh vµ phÇn b¸n kÝnh cong gi÷a c¸nh vµ bông dÇm). C«ng thøc kiÓm tra øng suÊt côc bé: P tt σ = cb ≤ R cb δ (7.5) b .z Trong ®ã: σcb: øng suÊt côc bé do lùc côc bé tÝnh to¸n g©y ra. tt Pcb : lùc côc bé tÝnh to¸n. δb: chiÒu dµy b¶n bông dÇm. R: cêng ®é tÝnh to¸n cña thÐp. Nh×n vµo c«ng thøc (7.5) ta thÊy phÇn b¶n bông dÇm díi lùc côc bé lµm viÖc nh mét cÊu kiÖn chÞu nÐn víi lùc nÐn lµ Pcb vµ cã tiÕt diÖn lµ Fcb=δb.z 2. KiÓm tra ®é vâng (®iÒu kiÖn biÕn d¹ng) KiÓm tra ®é vâng theo c«ng thøc cña søc bÒn vËt liÖu 2 fmax = Ptc .l ≤ 1 k1 (7.6) l E.J x n 0 Trong ®ã: fmax l : ®é vâng t¬ng ®èi t¹i vÞ trÝ bÊt lîi do t¶i träng tiªu chuÈn g©y ra. k1: hÖ sè tÝnh vâng, phô thuéc vµo s¬ ®å tÝnh (phô lôc 8) Ptc: tæng t¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn dÇm. l: nhÞp dÇm. E: m« ®un ®µn håi cña thÐp lµm dÇm. Jx: m«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn ®ang xÐt lÊy víi trôc x. 1 n 0 : ®é vâng t¬ng ®èi cho phÐp lÊy theo qui ph¹m. 3. KiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ §©y lµ ®iÒu kiÖn mµ chØ riªng dÇm thÐp míi ph¶i tÝnh to¸n c«ng thøc kiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm lµm viÖc cña vËt liÖu. Ngêi ϕ gh ta gäi d lµ tØ sè gi÷a øng suÊt tØ lÖ vµ øng suÊt ch¶y ϕ gh = σ σ d tl c (7.7) σ = 2 σ = 2 Víi thÐp CT38: tl 2000daN / cm , c 2400daN / cm 93