Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Liên kết hàn - Hồng Tiến Thắng

9/22/2014 1 Tr−ờng đại học thuỷ lợi Khoa công trình Bộ môn kết cấu công trinh ======= BÀI GiẢNG Kết cấu thép GVHD Hồ Tiế Thắ 1 : ng n ng Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh Nội dung mụn học • Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thộp Ch 2 Liờ kết hà• ương : n n • Chương 3: Liờn kết Bulụng • Chương 4: Dầm thộp • Chương 5: Cột thộp • Chương 6: Dàn thộp 2 + Bài tập nộp: 2 Liờn kết hàn  2.1. Khỏi niệm chung  2.2. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn đối đầu  2 3 Cấ t à tớ h t ỏ ối hà ú 3 . . u ạo v n o n m n g c Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh GVHD: Hồng Tiến Thắng 2.1. Khỏi niệm chung 2.1.1. Nguyên lý hàn: - Dùng que hàn và vật hàn làm 2 cực để sinh hồ quang. - Nhiệt độ hồ quang (2400o - 2600o) làm chảy que hàn và vật hàn. - Khi kim loại chảy, các phân tử kết hợp lại chặt chẽ với nhau. - Nguồn điện xoay chiều hoặc 1 chiều, U<65V 4 9/22/2014 2 - Que hàn có nhiều loại và th−ờng làm bằng thép có c−ơng độ cao hơn thép hàn E42 E42A - CT3 CT4 E50 E50A E55 - Hợp kim thấp Kiểm tra đ−ờng hàn: + Bằng ph−ơng pháp thông th−ờng + Bằng ph−ơng pháp đặc biệt:Siêu âm, laze, tia Rơn ghen, - C−ờng độ tính toán của đ−ờng hàn ( Ký hiệu Rh): phụ thuộc: + Loại que hàn + Chiều dầy mối hàn + Loại thép hàn + Ph−ơng pháp kiểm tra đ−ờng hàn. 2.1.2. Phân loại mối hàn: Trong xây dựng dùng hai loại đ−ờng hàn: b) Hàn đối đầu Hàn góc 6 600 2-3 mm2 mm  a)  2.1.3. C−ờng độ tính toán của mối hàn: - Phụ thuộc loại mối hàn, trạng thái ƯS, ph−ơng pháp kiểm tra chất l−ợng, que hàn, vật liệu hàn, điều kiện làm việc ủ ốBảng 2.2. C−ờng độ tính toán c a m i hàn: Rh (daN/cm2) (m=1) Loại mối hàn Trạng thái ứng suất Ký hiệu CT3 E42 Hàn đối đầu - Nén - Kéo: + kiểm tra ph−ơng pháp tiên tiến + kiểm tra ph−ơng pháp thông th−ờng Cắt Rnh Rkh Rkh R h 2100 2100 1800 1300 7 - c Hàn góc - Cắt Rgh 1500 2.2. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn đối đầu 2.2.1. Mối hàn chịu lực dọc: - Đối đầu thẳng ( )N 8 N - lực kéo ( N - lực nén) Chữ nhật : Fh = h Lh Lh = L - 10mm h k h R F    h n h N R F    9/22/2014 3 - Đối đầu xiên (dùng khi đ−ờng hàn đối đầu thẳng không đủ KNCL) Trục đ−ờng hàn tạo một góc α với ph−ơng lực dọc N Nsinα  kéo N Ncosα cắt N α N N h k h mR F NSin   hC h mR F NCos   2.2.2. Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt: - Kiểm tra ứng suất pháp: h k h k mRW M  )( hn h n mRW M  )( Với tiết diện chữ nhật: 6 2 )()( hh hh LWW   hRMM 6 9/22/2014 5:39:21 PM 10 Nên: k hhh m LW  2 h C cx C x mR J QS  - Kiểm tra ứng suất tiếp: Với tiết diện chữ nhật: hC hhh mR L Q F Q   .2 3. 2 3 2.2.3. Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q a   xx y1 y2 N max QMN  P - Kiểm tra riêng cho từng loại ứng suất - Tính các ứng suất do từng thành phần nội lực gây nên - Dùng nguyên lý cộng tác dụng, tổ hợp các loại ứng suất 9/22/2014 5:39:21 PM 11 * Ứng suất phỏp: hkNMk mR |  h nNMn mR |  h cQ mR* Ứng suất tiếp: Ví dụ : Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Cho biết P = 50kN, Rkh = 1800 daN/cm2 , Rch = 1300 daN/cm2, m = 0,85. - Nội lực: N = Px = P cos45o = 35,355 kN () Q = Py = P sin45o = 35,355 kN ( ) M = 0 2 P = 0 2 35 = 7 071 kNm () , y , . , -Ứng suất: 2 235,355.10 186,08 / 1.19N h N daN cm F     4 2 2 6.7,071.10 1175,24 / 1.19M h M daN cm W     2 23 3 35,355.10 279 12 /Q d N 9/22/2014 5:39:21 PM 12 . . , 2 2 1.19Q h a cm F     - Tổng hợp ứng suất: σ max = N + M < m Rkh , thay số: σ max = 186,08 + 1175,24 = 1361,32 daN/cm2 < 0,85.1800 = 1530 daN/cm2 max = 279,12 daN/cm2 < 0,85.1300 = 1105 daN/cm2. 9/22/2014 4 - Tính ứng suất do từng thành phần nội lực gây ra PP2 Q - Nội lực: N = P1 = P cos45o = 35,355 kN Q = P2 = P sin45o = 35,355 kN M = 0,2 P2 = 0,2.35 = 7,071 kNm Q 235 355 10N P1 N M a=200 QN MA N MA 2, . 186,08 / 1.19N h daN cm F     4 2 2 6.7,071.10 1175,24 / 1.19M h M daN cm W     2 23 3 35,355.10. . 279,12 / 2 2 1.19Q h Q daN cm F     Tổng hợp ứng suất:  max = N + M = 1361,32 daN/cm2< m Rkh  max = 279,12 daN/cm2 < 0,85.1300 = 1105 daN/cm2 2.3. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn gúc 2.3.1. Mối hàn góc chịu lực dọc hoặc lực cắt: - Khi chịu lực dọc N hoặc lực cắt Q, trong đ−ờng hàn chỉ sinh ra ứng suất tiếp trên mặt phẳng phá hoại và đ−ợc coi là phân bố đều. Mối hàn loại này th−ờng gặp trong một số dạng liên kết sau + Liên kết chồng dùng bản ghép h g h h h N N mR F h l     14 Trong đó: N - Lực dọc tính toán Rgh- C−ờng độ tính toán của mối hàn góclh- Tổng chiều dài đ−ờng hàn ở về phía của liên kết + Liên kết giữa thép định hình và thép bản Kiểm tra đ−ờng hàn l1 và l2 nh− sau: Lực N1 và N2 do lực dọc N sinh ra: N1 + N2 = N 21 1 2 21 2 1 ee eNN ee eNN   ứng suất trong đ−ờng hàn 1 và 2 thoả mãn điều kiện: 15 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 2 1 2 2 1. . 1. . h g h h h g h h N eN mR F e e F N eN mR F e e F         hhh hhh hlF hlF .. .. 22 11     + Liên kết tấm đỡ với cột - Giả thiết mối hàn bị phá hoại ở mặt phẳng 45o. - Mặt phẳng phá hoại là mặt ghềnh, giả thiết là phẳng để tính. - Trong mối hàn sinh ứng suất tiếp. đ−ợc tính nh− sau: + Khi chỉ có lực dọc N: 0,7 h N g h h h h h N N N mR F L h L       16 + Khi chỉ có cắt Q: 0,7 h Q g h h h h h Q Q Q mR F L h L       + Khi có cả lực cắt Q và lực dọc N: 2 2max hN Q gmR     9/22/2014 5 2.3.2. Mối hàn góc chịu mômen uốn M: Tr−ờng hợp 1: Mặt phẳng tác dụng của M  tiết diện tính toán của mối hàn (mặt nối) Tr−ờng hợp 2: Mặt phẳng tác dụng của M // tiết diện tính toán của mối hàn (mặt nối) M M 17 max h M g h y mR J    max hM gh p r mR J    Jh : momen quán tính của Fh Momen q/t độc cực: Jh= Jxh +Jyh rmax: bán kính cực lớn nhất 2.3.3. Mối hàn góc đồng thời chịu M, N, Q A M N Q M N Q A - Tính ứng suất tiếp do từng nội lực gây ra - Tính ứng suất tiếp tổng cộng M N Q  18 max | | h N Q M gmR          Ví dụ 2 : Kiểm tra mối hàn. Biết  = 0,7, hh = 10mm (hàn hai bên), Rgh = 1500 daN/cm2, m = 0,85. Nội lực:- N = 240 - 300.0,7 = 27,87 kN () Q = 300.0,7 = 212,13 kN ( ) M = 0,08.240 = 19,20 kNm () - ứng suất: 2 227,87.10 68,65 / 2.0,7.29N h NN daN cm F     2 2212,13.10 522,49 / 2.0,7.29Q h QQ daN cm F     4 2 max 2 6.19, 20.10 978,43 / 2.0,7.29M h h M MM y daN cm J W      - Tổng hợp ứng suất (tại điểm B có ứng suất lớn nhất):   hgMNQ mR 22max  2 2 2 2 max 522,49 (978,43 68,65) 1170,2 / 0,85.1500 1275 /daN cm daN cm      Ví dụ 3: Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Biết  = 0,7, hh =10mm, Rgh = 1500 daN/cm2, m = 1, M = 41,15 kNm, Q = 320 kN, hàn hai bên. Giải: - Đặc tr−ng hình học: (cho 1 đ−ờng hàn) Fh = 23,4 . 0,7 + 2.10. 0,7 = 30,38 cm2 Syoh = 23,4 . 0,7 . (0,7 / 2) + 2.10. 0,7. (5+0,7) = 85,53 cm3 cm F S x h h y c 81,238,30 53,850  4 33 255122.104,23.7,10 cmJ hx  20 1212 42 3 2 3 4,333)81,27,5(7,0.10.2 12 107,0.2)35,081,2.(7,0.4,23 12 7,0.4,23 cmJ hy  44,28844,3332551 cmJ h    cmrA 1,147,1181,27,10 22  9/22/2014 6 - ứng suất: (hàn 2 bên) 4 241,15.10 .14,1 1005,78 / 2.2884,4M Ah M r daN cm J     2 2320.10 526,66 / 2.30,38Q h Q daN cm F     - Tổng ứng suất: (hàn 2 bên) Chọn góc  nh− hình vẽ, do đó: 560,0 1,14 81,27,10cos  830,0 1,14 7,11sin  Mx = M sin = 1005,78.0,830 = 834,80 daN/cm2M = M cos = 1005,78.0,560 = 563,24 daN/cm2 21 y    2 22 2 2 2max 834,8 526,66 563,24 1372,87 / 1500 /hMx Q My gdaN cm R daN cm           