Ví dụ tính toán kết cấu thép hoàng văn quang (chủ biên), hàn ngọc đức, nguyễn quốc cường.
Hoàng Văn Quang (Chủ biên)
Hàn Ngọc Đức
Nguyễn Quốc Cường
ThS. Hoàng Văn Quang (Chủ biên)
ThS.Hàn Ngọc Đức-ThS. Nguyễn Quốc cường
/
/
/
VI DỤ TINH TOAN
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG
HÀ N Ộ I-2013
LỜI NÓI ĐẦU
Trong
những
nămgần
đây,của
kinh
tế nước
ta
nóichung
và
cấu
thép
càng phát
triểnrộng
học Kết cấu Thép lù
mộttrong các môn học chuy
sinh viên
nghànhxâydựng,
nó trang
cho
thức cơ bản
vê
việc
thiếtk ế kết cấu
Năm 2005
"TCXDVN 338:2005
Kết
cấu
thépđược
han
hành
thay thế cho
tiêu
chuẩn nên Bộ môn
Công
trình thép
-gỗ đã cho
kiện
cơ bản".
Đ ể giúp cho
tính toán kết cấu thép"
Cấu trúc sách gồm hai
-Phần
cúc câu
dụ
tínhtoán
-Phần
Sách dùng
Kiến trúc
thuật xây dựng.
sinh
viênhọc tốt
phần:
một:
trìnhhùy hảng
kiện cơ bản như
minh
họa.
hai:
tắt lý
liênkết, dầm, cộ
cáchảng phụ
trìnhhùy
làm
cũng
cấu
dụ
đượchiên soạn theo
tài
như tủi
liệu
học tập cho
n
liệu
tham khảo cho kỹ
Chúng
tôi
xin cám ơn sự góp ỷ ThS.
Mạnh
mong nhận được
nhiềuỷ
kiếnđóng góp phê bình
Mọi ỷ
kiến
xin gửi
vêđịa
Trường đại học Xây
dựng,số55 Dường Giải Phóng Hà Nội.
Các tác giả
3
Chương 1
VẬT LIỆU CỦA KẾT CÂU VÀ LIÊN KÊT
1.1. VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG KÊT CÂU
Vật liệu thép dùng trong kết cấu phải được lựa chọn thích hợp tùy theo
tính chất quan trọng của công trình, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc
trưng của tải trọng và phương pháp liên kết, v.v... Thép dùng làm kết cấu
chịu lực cần chọn loại thép lò Mactanh hoặc lò quay thổi ôxy, rót sôi hoặc
nửa tĩnh và tĩnh, có mác tương đương với các mác thép CCT34, CCT38 (hay
CCT38Mn), CCT42, theo TCVN 1765 : 1975 và các mác tương ứng của
TCVN 5709 : 1993, các mác thép hợp kim thấp theo TCVN 3104 : 1979.
Thép phải được đảm bảo phù hợp với các tiêu chuẩn nêu trên về tính năng cơ
học và cả về thành phần hoá học.
Không dùng thép sôi cho các kết cấu hàn làm việc trong điểu kiện nặng
hoặc trực tiếp chịu tải trọng động lực như dầm cầu trục chế độ nặng, dầm
sàn đặt máy, kết cấu hành lang băng tải, cột vượt của đường dây tải điện cao
trên 60 mét, v.v...
Cường độ tính toán của vật liệu thép cán và thép ống đối với các trạng thái
ứng suất khác nhau được tính theo các công thức của bảng 1.1.
Bảng 1.1. Cường độ tính toán của thép cán và thép ống
Ký hiệu
Cường độ tính toán
Kéo, nén, uốn
f
f=fy/y M
Trượt
fv
fv= 0,58 fy/yM
Ép mặt lên đầu mút (khi tì sát)
f.
fc = f„ /yM
Ép mặt trong khớp trụ khi tiếp xúc chặt
fcc
f« = 0.5 fu/yM
Ép mặt theo đường kính của con lăn
fcd
fcd= 0,025 fu/yM
Trạng thái làm việc
5
Trong bảng này, fy và fu là ứng suất chảy và ứng suất bền kéo đứt của thép,
được đảm bảo bởi tiêu chuẩn sản xuất thép và được lấy là cường dộ tiêu chuẩn
của thép; yMlà hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép.
Cường đô tiêu chuẩn fy, fu và cường độ tính toán f của thép cácbon và
thép hợp kim thấp cho trong bảng 1.2 và bảng 1.3 (với cầc giá trị lấy tròn tới
5 N/mni2).
Bảng 1.2.Cường độ tiêu chuẩn fy, fuvà cường độ tính toán f
của thép các bon (TCVN 5709 :1993)
Đơn vị tính : N/mm2
Mác
thép
Cường độ tiêu chuẩn fy và cường độ tính toán f
của thép với độ dày t (mm)
t < 20
f
t
CCT34
CCT38
CCT42
20 < t < 40
t
210
230
245
220
240
260
210
230
250
f
Cường độ kéo đứt
tiêu chuẩn fu
không phu thuộc
bề dày t (mm)
190
210
230
340
380
420
4 0 < t< 100
f
ty
200
220
240
200
220
240
Bảng 1.3. Cường độ tiêu chuẩn fy, fuvà cường độ tính toán f
của thép hợp kim thấp
Đơn vị tính : N/mm2
Độ dày, ram
Mác thép
fu
ty
f
fu
ty
30 < t s 60
f
fu
ty
f
09Mn2
450
310
295
450
300
285
-
-
-
14Mn2
460
340
325
460
330
315
-
-
-
16MnSi
490
320
305
480
300
285
470
290
275
09Mn2Si
480
330
315
470
310
295
460
290
275
10Mn2Si 1
510
360
345
500
350
335
480
340
325
lOCrSiNiCu
540
400 *
360
540
400*
360
520
400*
360
Ghi
6
20 < t < 30
t < 20
chú:* Hệ sốyMđối với trường hợp này là 1,1 ; bề dày tối đa là 40 mm.
1.2. VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG LIÊN KÊT
a)
Liên kết hùn
Kim loại hàn dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu sau:
- Que hàn khi hàn tay lấy theo TCVN 3223 : 1994. Kim loại que hàn phải có
cường đô kéo đứt tức thời không nhỏ hơn trị số tương ứng của thép được hàn.
- Dây hàn và thuốc hàn dùng trong hàn tự động và bán tự động phải phù
hợp với mác thép được hàn. Trong mọi trường hợp, cường độ của mối hàn
không được thấp hơn cường độ của que hàn tương ứng.
Cường độ tính toán của mối hàn trong các dạng liên kết và trạng thái làm
việc khác nhau được tính theo các công thức trong bảng 1.4.
Cường độ tính toán của mối hàn góc của một số loại que hàn cho trong
bảng 1.5.
Bảng 1.4. Công thức cường độ tính toán của mối hàn
Hàn đối
đầu
Ký
hiệu
Cường độ
tính toán
Theo giới hạn chảy
f*
<4-1
II
ù
Dạng
liên kết
Theo sức bền
kéo đứt
fwu
fwu=f»
Kéo và uốn
Awt
fwl= 0,85 f
Trượt (chịu cắt)
fwv
f*wv= fAv
fwf
0,55 fwun/yM
Trạng thái làm việc
Nén, kéo và uốn khi
kiểm tra chất lượng
đường hàn bằng các
phương pháp vật lý
Theo kim loại mối hàn
Hàn góc
Ghi
Cắt (quy ước)
Theo kim loại ở biên
nóng chảy
fws = 0,45 f„
chú:
1. f và fv là cường độ tính toán chịu kéo và cắt của thép được hàn; fu và fwun là.
ứng suất kéo đứt tức thời theo tiêu chuẩn sản phẩm (cường độ kéo đứt tiêu chuẩn)
của thép được hàn và của kim loại hàn.
2. Hệ số đô tin cậy về cường độ của mối hàn yMlấy bằng 1,25 khi fwun < 490 N/mm2
và bằng 1,35 khi fwun > 590 N/mm2.
7
Bảng 1.5. Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun và cường độ tính toán fwf
của kim loại hàn trong mối hàn góc
Đơn vị tính : N/mm
2
Loại que hàn
theo TCVN 3223 : 1994
Cường độ kéo đứt tiêu
chuẩn fwun
Cường độ tính toán
fwf
N42, N42 - 6B
410
180
N46, N46 - 6B
450
200
N50, N50 - 6B
490
215
b)
Liên kết bu lông
Bulông phổ thông dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu của
TCVN 1916 : 1995. Cấp độ bền của bulông chịu lực phải từ 4.6 trở lên. Bulông
cường độ cao phải tuân theo các quy định riêng tương ứng. Cường độ tính toán
của liên kết một bulông được xác định theo các công thức ở bảng 1.6.
Bảng 1.6. Công thức cường độ tính toán của liên kết một bulông
Trạng thái
làm việc
Ký
hiệu
Cường độ chịu cắt và kéo của
bulông ứng với cấp độ bền
4.6; 5.6;
6.6
4.8; 5.8
8.8; 10.9
cắt
fvb
fvb = 0,38 fvb = 0,4 fub fvb = 0,4 fub
f„b
Kéo
f,b
f,b = 0,42 ftb= 0,4 fub f.b = 0,5 fub
fub
Ép măt:
a. Bulông tinh
-
-
-
-
-
-
Cường độ chịu ép
mặt của cấu kiện thép
CÓgiới hạn chảy dưới
440 N/mm2
-
-
fcb= ío,6 + 410^ ì f u
'v
E
fcb
b. Bulông thô
và bulông
thường
fcb= ío,6 + 3 4 o ị V
V
ty
Trị số cường độ tính toán chịu cắt và kéo của bulông theo cấp độ bền của
bulông cho trong bảng 1.7. Cường độ tính toán chịu ép mặt của thép trong
liên kết bulông cho trong bảng 1.8.
8
Bảng 1.7. Cường độ tính toán chịu cát và kéo của bulông
Đon vị tính: N/mm
Trạng thái
làm việc
Ký
hiệu
Cắt
Kéo
2
Cấp độ bền
4.6
4.8
5.6
5.8
6.6
8.8
10.9
fvb
150
160
190
200
230
320
400
4
170
160
210
200
250
400
500
Bảng 1.8. Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông fcb
Đon vị tính: N/mm2
Giá trị fcb
Giới hạn bền kéo đứt của thép
cấu kiện được liên kết
Bulông tinh
Bulông thô và thường
340
435
395
380
515
465
400
560
505
420
600
540
440
650
585
450
675
605
480
745
670
500
795
710
520
850
760
540
905
805
Đặc trưng cơ học của bulông cường độ cao cho ở bảng 1.9.
Cường độ tính toán chịu kếo của bulông cường độ cao trong liên kết
truyền lực bằng ma sát được xác định theo công thức fhb= 0 ,7 fub.
Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo fba được xác định theo công
thức fba = 0,4 fub. Trị số cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo cho
trong bảng 1. 10.
9
Bảng 1.9. Đặc trưng cơ học của bulông cường độ cao
Đường
kính danh
nghĩa của
ren, mm
Mác thép
Độ bền
kéo nhỏ
nhất fub,
N/mm2
40Cr
1100
38CrSi; 40CrVA
1350
Đường kính
danh nghĩa
của ren,
mm
36
Từ 16
đến 27
Mác thép
Độ bền
kéo nhỏ
nhất fub,
N/mm2
40Cr
750
30Cr3Mo
V
1100
40Cr
650
30Cr3Mo
V
1000
40Cr
600
30Cr3Mo
V
900
30Cr3MoV
1350
42
30Cr2NiMoVA
30
40Cr
950
30Cr3MoV;
35Cr2AV
1200
48
Bảng 1.10. Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo
Đơn vị tính : N/mm2
16MnSi
09Mn2Si
124-32
150
190
334-60
614-80
150
192
190
150
185
150
185
o
CT38
00
10
Làm từ thép mác
Đường kính
bulông, mm
185
180
165
Chương 2
TÍNH TOÁN LIÊN KẾT
2.1. LIÊN KẾT HÀN
2.1.1. Hàn đôi đầu
Khi hàn hai bản thép có chiều dày lớn hon 8mm, mép bản thép tại chỗ
hàn phải được gia công theo quy định ở tiêu chuẩn TCVN 1961 :1975 - Mối
hàn hồ quang điện bằng tay.
a)
đúng
Liên kết hàn đối
tâm
đẩu
haibản
thépthước
với lựcdọc N
Cône thức tính toán:
- ^VVtYc ( h o ặ c f w c-Yc)
(2.1)
Trong đó:
t - chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết;
/w - chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực (chiều dài
hình học) trừ đi 2
t;
fwt, fwc - cường độ tính toán chịu kéo và nén của đường hàn;
Yc - hê số điều kiện làm việc.
Khi khỏng thỏa mãn công thức (2.1), để liên kết hai bản thép bằng đường
hàn đối dầu, ta phải dùng đường hàn xiên góc một góc a . Kiểm tra ứng suất
pháp và ứng suất tiếp:
ứng suất pháp trong đường hàn:
N .s in a
ơw -
tl w
— (\VfYc’
( 2 . 2)
11
ch
ứng suất tiếp trong đường hàn:
Tvv
N .co sa
(2.3)
Trong đó: /w = - 7—-----2t
s in a
b)
Liên
kết
hànđôi đầu chịu túc dụng của M
Công thức kiểm tra:
(2.4)
với Ww = —— - mômen chống uốn của tiết diện đường hàn.
6
c)
Liên kết
pháp
vật
lý,
và
lực
cắt)
hàn đối đầu không được
tra
lượng hắng
chịutác dụng đồng thời của ứng suất và tiếp (do mômen
Công thức kiểm tra bền:
(2.5)
Trong đó:
Hệ số 1,15 kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo trong đường hàn;
/„, (lần lượt là các ứng suất pháp, ứng suất tiếp trong đường
hàn và cường độ tính toán chiu kéo của đường hàn đối đầu):
crw,
Tw
và
ơ w - tính theo (2.4);
V
( 2.6)
2.1.2. Liên kết hàn góc
Kích thước và hình dạng của đường hàn góc được quy định như sau:
- Chiều cao của đường hàn góc hf không được lớn hơn 1,2
dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết).
chiều
- Chiều cao của đường hàn góc hj lấy theo tính toán, nhưng không được
nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng 2. 1.
12
o
00
o
(N
ƠN
c
12
5
<03
0
«D-
oTf
1
<03
2
c
00
co
e
00
0
ƠN
'03
0
>
>
/03
ƠN
t5
ầ
Bảng 2.1 - Chiều cao nhỏ nhất của đường hàn góc hf
o\
'«3u
2o
2J*í
0'ơ
>%
rò
/03
t5 c
/03
cọ
<3
«u 2
(N
2
0
0 2 *
N
c
«u-sT 12
r'2 <03 .
c 0
vo
u
-0 '03
2 u
c
. t—
4
. 03
-H
-3
0
'03
oc
ƠN r^*
00
00
ƠN
ĩ
0
o
•ỉ*
2
r-
00
NO
r-
r-
00
ợ-
“0 2cP
0 *ũ
'03
“03 *"3
NO
to
NO
<03
10
to
NO
10
NO
10
•I-
to
TÍ*
03- 2
JE
03
'6 »3
o
Ố
c
c
E
0
co
tó
p
cọ
Tf
VI
s*
V
VI
0
ro
E
E
z
0
co
10
p
'5 g>
*3b /p
Tf
2
> 00 *õ
<§• 3*
/03
?p /2
p
I
>>
H
ạp
60 '<2
2c * c
*
o
'0
ob
l j
o
LT /0
3
D 'O ' I
>
'5
> 0X) -C op
C-M c
51
ễ
^
c
I
"
00
5 e
2*
VI
c
cL
o
00
sV
> <0
cc p*
ọp
c *Ơ
<5*0 ~
M. c
£H 0
sc$
2 'O
p
rõ
VI
cọ
^
cr
4ồ
u
o5
A *5
>1 2
^C3 (J
p
rọ
CL
'C
O
0
to
p
ro
to
ro
Tf
VI
*£5
- ỉ>>
v§ ^
'g c
«
^
NO
>%
lễ ^
u
D .(
c VẠ?>
f^
2w
NO
/03
>>
£
H
0
'O
V
'5 J,S 2
í>2 Iọp ^ọ .
ố | 1
*0
'O lặ
o -i
3
~ *
/3
~
c
2E 2
c
3 o
03
0 0
<03
'55 3
s
o
'èắ
®
?§
2o
ể
I
0
0
00
SI
13
Vì cánh thép hình (thép góc, chữ c, chữ I) có độ lượn vát nên khi hàn góc
dọc theo mép bản cánh của thép hình, chiều cao đường hàn nên lấy không
lớn hơn giá trị sau:
Với thép góc
Chiều dày bản cánh tf (mm)
hf (mm)
<6
7-16
>16
< t- 1
Với thép I
Số hiệu thép hình
hf (mm)
Với
10-12
14-16
18-27
30-40
<4
<5
<6
<8
50-60
45
< 12
< 10
thép c
Số hiệu thép hình
5-8
10-14
16-27
30
36- 40
hf (mm)
<4
<5
<6
<8
< 10
- Chiều dài tính toán của đường hàn góc không được nhỏ hơn 4
và
không nhỏ hơn 40 mm.
- Chiều dài tính toán của đường hàn góc cạnh không được lớn hơn
85ị5fh f (hệ số Pc lấy ở bảng 2.2).
- Kích thước các phần chồng nhau (trong liên kết chồng) không được nhỏ
hơn 5 lần chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được hàn.
- Tỉ số kích thước hai cạnh góc vuông của đường hàn góc lấy bằng 1:1;
khi các cấu kiện được hàn có chiều dày khác nhau cho phép dùng đường hàn
có hai cạnh không đều nhau, khi đó cạnh gắn với cấu kiện có chiều dày
mỏng hơn lấy không lớn hơn l,2t; còn cạnh gắn với cấu kiện có chiều dày
lớn hơn lấy không nhỏ hơn giá trị hf theo bảng 2. 1.
Đường hàn gián đoạn chỉ dùng trong các kết cấu phụ, nơi có nội lực nhỏ.
Khi đó khoảng cách amax giữa các đầu mút của hai đường hàn liên tiếp lấy
như sau:
- amax < 15 tmin, đối với cấu kiện chịu nén;
- amax < 30tmln, đối với cấu kiên chịu kéo;
Trong đó tmin là chiều dày nhỏ nhất của các bản thép được liên kết.
14
Bảng 2.2. Hệ sô Pị và Ps
Phương pháp hàn,
đường kính que (dây)
hàn d, mm
đường hàn
Hàn tự động khi
Trong
máng
Vị trí
d=3 * 5
Nằm
Hàn tự động, bán
Trong
máng
tư đông khi
d= 1,4 H- 2
Hán tay, bán tự động
với dây hàn đặc
d < 1,4
hoặc dây hàn có lõi
thuốc
Nằm,
ngang,
đứng
Hệ
số
Giá trị pf và ps của khi chiều cao
đường hàn hf, mm
3 -r 8
14 H- 16
9 -r 12
> 18
Pf
1,1
0,7
Ps
1,15
1,0
pf
1,1
0,9
0,7
Ps
1,15
1,05
1,0
pf
0,9
Ps
1,05
Pr
0,9
Ps
1,05
0,7
0,8
1,0
0,8
0,7
1,0
Trong
máng,
pf
0,7
ngang,
đứng,
ngược
Ps
1,0
Ghi chú: Giá trị của các hệ số ứng với chế độ hàn tiêu chuẩn.
Trong thiết kế cần chỉ rõ: phương pháp hàn, loại que hàn hoặc dây hàn, vị
trí và thứ tự hàn của các mối hàn.
a) Liên
được kiểm
kếthàn dùng đường
tra hên(cắt quy ước) theo
hàngóc,
dụng củ
ha
-Theo kim loại đường hàn (tiết diện 1-1):
N /(P ,h f / J < f wfíe
(2.7)
- Theo kim loại ở biên nóng chảy (tiết diện 2-2):
N / (PsVw)
- f\vsYc
(2.8)
15
Trong đó:
/w - chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực của I1Ó trừ đi
10 mm;
hf - chiều cao của đường hàn góc;
pf và Ps - các hệ số lấy như sau: khi các cấu kiện được hàn là thép có giới
hạn chảy fy < 530 N/mm2, lấy theo bảng 2.2; khi fy > 530 N/mm2 không phụ
thuộc vào phương pháp hàn, vị trí đường hàn và đường kính que hàn lấy
pf = 0,7 và Ps = 1.
b.
Liên kết
hàn dùng đường
hàngóc chịu
Khi mômen tác dụng nằm trong mặt phẳng vuông góc với mạt phẳng bố
trí đường hàn, độ bền của đường hàn được tính theo công thức:
- Theo kim loại đường hàn:
M
w.w f
(2.9)
^ f wf Yc
- Theo kim loại ở biên nóng chảy:
M
w,vvs
< *ws
f YI c
( 2 . 10)
Trong đó: VKwf, VKWS - môđun chống uốn của tiết diện tính toán theo kim
loại đường hàn và theo biên nóng chảy của thép cơ bản:
y li
Ww f= p f h f ^ ;
0
c.Khi mômen tác
của đường
hànđược
Y /2
Wws= P sh f ^
6
dụng nằm trong mặt
tínhtheo
đường
công
Theo kim loại đường hàn:
M
^xw
Ặ 2 + y 2 < fwf.yc
( 2 . 11)
^yw
Theo kim loại ở biên nóng chảy:
M
^xs ^ -^ys
16
y/x2 + y 2 < f vvs.Ỵ(
(2 . 12)
Trong đó:
yVJ/ X / Y.
Ixw, I vw - các mômen quán tính của
tiết diện tính toán theo kim loại đường
Y
"7
hàn đối với các trục chính x-x, y-y
của nó;
Ixs, Iys - cũng
y
/
/
r
như trên nhưng
M
theo kim loại ở biên nóng chảy của
thép cơ bản;
X,
y - các toạ độ của những điểm xa
nhất so với gốc tọa độ trọng tâm theo
các trục chính x-x, y-y (hình 2.1).
d)
được
Đường
kiểm
Hình
2.1:Đường
mômen trong
đường
hùn góc
trabền theo
góc
m ặphẳng
chịuđồng thời tác dụng
các
công
thức:
”^wf—f\vfYc ^ ^ws — f\vsYc
(2.13)
Trong đó: Twf và Tws - các ứng suất trong tiết diện tính toán theo kim loại
đường hàn và kim loại ở biên nóng chảy, bằng tổng hình học các ứng suất
gây bởi lực dọc, lực cắt và mômen.
Ví dụ 2.1
Tính liên kết hai bản thép b X t = 250 X 12mm, chịu lực kéo N = 690 kN,
dùng đường hàn đối đầu (hình 2.2). Vật liệu thép các bon CCT38.
Hàn tay hoặc hàn bán tự động trong môi trường khí
co,,
que hàn N42,
kiểm tra bằng phương pháp thông thường.
CNJ
Hình
2.2:
Liênkết dùng đường hàn đối đầu thẳng gốc
17
cắt
Lời giải:
Từ chiều dày bản thép t = 12mm < 20 mm, tra bảng 1.2 được cường độ
tiêu chuẩn fy của thép: fy = 24kN/cm2 và cường độ tính toán f = 23 kN/cm2
nên cường độ tính toán chịu cắt fv của thép:
„ _n
ly _ 0,58.24
, NT/ 2
fv = 0.58
= ------ -— = 13,25 kN/cm ;
Ym
1,05
do đó cưòfng độ tính toán chịu kéo fwl và cắt fwv của mối hàn:
fwt = 0,85.f = 0,85.23 = 19,55 kN/crn2
fwv = fv = 13,25 kN/cm2
ứng suất kéo trong đường hàn:
N
690
ơ u, —
t/,vv
Do
ơw >
đường
hàn
không đủ
chịu lực.
.................
fwt nên
đối đầu
khả
năng
>
Để
liên kết hai bản
thép ta phải dùng đường
hàn xiên góc (hình 2.3).
Chọn góc a = 40°
JC
_
, ^
N
¿ r \ a .
Hình 2.3: Liên kết dù
ứng suất pháp trong đường hàn:
N .s in a
ơw =
t/,vv
690.0,643
25
1, 2.
0,643
= 10,13 kN/cm2 < f wt.yc
2. 1,2
ứng suất tiếp trong đường hàn:
N .cosa
*vv =
t/w
690.0,766
..
2
-----1~!—------ r- = 12,07kN/cm <13,25.1kN/cm
25
Y
1, 2. — — 2. 1,2
0,643
Vậy đường hàn đủ khả năng chịu lực.
18
o
CM
Ví dụ 2.2:
Kiểm tra liên kết hàn đối đầu hai bản thép bxt = 300
X
lOmm chịu tác
dụng đồng thời của lực kéo N = 250 kN, mômen M = 500 kNcm và lực cắt
V = 150 kN (hình 2.4). Thép CCT38, hàn tay, que hấn N42.
Hình 2.4:
Liên
kếthàn
đốiđần
dồng
Lời giải
Tương tự ví dụ 2.1, cường độ tính toán chịu kéo và chịu cắt của mối hàn:
fwt = 19,55 kN/cm2 ; fwv = 13,25 kN/cm2 .
Úng suất pháp trong đường hàn do lực dọc và mômen gây ra:
N
M _
250
6.500
ơ w _ A w + Ww ~ 1(30-2.1) + 1 ( 3 0 - 2 .1)2
= 12,76 kN/cm2< 19,55.1 kN/cm2
Úng suất tiếp trong đường hàn do lực cắt gây ra:
V
tw = - —
Aw
150
.
= T ^ T V õ r r = 5’36
(3 0 -2 .1 ).1
....
k N /c m
2
< f wv7c
Kiểm tra ứng suất tương đương:
ơ w.d = Vơ u + 3 -xw < U 5 f wt.yc
ơ wtđ= V l2 ,7 6 2 + 3.5,362 = 15,78 kN/cm2 < 22,5 kN/cm2
Đường hàn đủ khả năng chịu lực.
19
M
Ví dụ 2.3:
Thiết kế mối nối hai bản thép b X t = 180 X 12mm chịu lực dọc N = 420kN
dùng đường hàn góc và bản ghép. Thép CCT38, hàn tay, que hàn N42.
Lời
giải:
Phương
án
1:D ùng hai bản ghép và hình thức liên kết như hình 2.5
Khoảng cách giữa 2 đường hàn yêu cầu lớn hơn 5t; chọn chiều dài ban ghép
/g = 180mm. Bề rộng bản ghép lấy bằng bề rộng thép cơ bản: 18cm. Chiều
dày bản ghép tg chọn 0,6cm, thoả mãn điều kiện ^ A g > A cb
Hình
2.5:Hình
vẽ phương án 1 - Ví dụ 2.3
Theo bảng 2.2 có ßf = 0,7 và ßs = 1
Tính cường độ tính toán của mối nối hàn góc
- Theo kim loại mối hàn fwf = 18 kN/cm2
- Theo kim loại ở biên nóng chảy fws = 0,45.fu = 0,45.38 = 17,1 kN/cm2
(thép CCT38 có cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fu = 38 kN/cm2).
ßffwf = 0 ,7 .1 8 = 12,6 kN/cm2
ßsfws= 1.17,1 = 17,1 kN/cm2
Vì ßffwf < ßsfws nên đường hàn bị phá hoại theo kim loại mối hàn, do đó
ta chỉ cần kiểm tra ở tiết diện này (tiết diện 1).
Chiều cao đường hàn cần thiết:
1
N
_
420
r ~ßr - f wf. I / w ~ 12,6.2.(18-1)
20
= 0,98 cm
Vì hf lớn hơn l,2tmịn = 1,2.0,6 = 0,72 cm nên muốn sử dụng phương án
này cần phải dùng bản ghép có chiều dày là lOmm và chiều cao đường hàn
thực tế là lOmm hoặc sử dụng phương án 2: đường hàn vây quanh.
Phương
án
2:
Bề rộng bản ghép được chọn nhỏ hơn bể rộng thép cơ bản: bg = 150mm
nên chiều dày bản ghép yêu cầu:
N
_
420
= 0,61 cm
g ~ 2.bg,f ~ 2.15.23
Hình 2.6:
Hìnhphương án 2 -
2.3
ở đây cường độ tính toán của thép CCT38 f = 23 kN/cm2
Chọn tg = 8mm. Chọn chiều cao đường hàn hf = 6mm (thoả mãn yêu cầu
cấu tạo).
Tổng chiều dài đường hàn tính toán ở một bản ghép của nửa liên kết:
V / _
N
^
2h fßffwf
420
2 .0, 6. 12,6
0Q
Cấu tạo mối nối như hình vẽ sẽ có tổng chiều dài đường hàn thực tế là 3 lcm.
Ví dụ 2.4: Thiết kế mối nối bản ghép b
X
t = 200
X
10mm vào bản mã
dày 12mm bằng cách ghép chồng (hình 2.7), theo điều kiện đồng cường độ.
Thép CCT38, hàn tay, que hàn N42.
21