Bài giảng môn học Kết cấu thép theo 22 TCN 272-05 - Chương 1: Đại cương về kết cấu thép

Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP THEO 22 TCN 272-05 HÀ NỘI, 2016 GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN 2Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu Giới thiệu môn học 1. Giảng viên: Đào Sỹ Đán, Phòng 408-A6, Bộ môn Kết cấu, Khoa Công trình, Đại học GTVT. E-mail: sydandao@utc.edu.vn 2. Môn học  Kết cấu Thép (theo 22 TCN 272-05) – Steel Structures.  Thời lượng: 2 tín chỉ + BTL môn học.  Hình thức thi: thi viết 90 phút; BTL thi vấn đáp. 3. Tài liệu tham khảo  Bài giảng môn học Kết cấu Thép theo 22 TCN-272-05 và các tài liệu liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc).  Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (tham khảo). 3Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu Nội dung Chương 1. Đai cương về Kết Cấu Thép Chương 2. Liên kết trong Kết Cấu Thép Chương 3. Cấu kiện chịu kéo và nén dọc trục Chapter 4. Cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ I Chương 5. Cấu kiện chịu uốn và lực dọc trục kết hợp Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP 1.Giới thiệu chung về KCT 2.Nguyên lý thiết kế theo 22 TCN 272-05 3.Vật liệu thép xây dựng 5sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (1/6) a) Ưu điểm - Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn. - Kết cấu thép có độ tin cậy cao. - Kết cấu thép là loại vật liệu nhẹ nhất so với các vật liệu xây dựng thông thường khác. c = /R (1/m). Ta có c ~ 3,7.10-4 1/m (cho thép); c ~ 4,5.10-4 1/m (cho gỗ) và c ~ 24.10-4 1/m (cho BTCT). - Phù hợp với điều kiện xây dựng công nghiệp. 6sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (2/6) a) Ưu điểm - Dễ kiểm tra, tăng cường và sửa chữa - Tính kín cao. b) Khuyết điểm - Dễ bị han gỉ. - Chịu nhiệt kém c) Phạm vi sử dụng Rất rộng rãi. 7sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (3/6) Khung nhà thép 8sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (4/6) Đà giáo thép 9sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (5/6) Đà giáo, ván khuôn thép 10sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.1. Ưu điểm, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT (6/6) Cầu giàn thép 11sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (1/7) Kết cấu thép ra đời và phát triển gắn liền với sự ra đời và phát triển của công nghệ luyện kim. Cầu Thăng Long 12sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (2/7) Cầu Long Biên 13sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (3/7) Cầu Chương Dương 14sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (4/7) Cầu Hàm Rồng 15sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (5/7) Cầu Bến Thủy 16sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (6/7) Cầu Trường Tiền 17sydandao@utc.edu.vn 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 1.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của KCT (7/7) Cầu Ông Lớn 18sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (1/2)  TCTK cầu cũ: 22 TCN 18-79 (Quy trình thiết kế cầu cống theo TTGH - QT 79). Nguồn gốc từ TCTK cầu của Liên Xô 1962 &1967.  TCTK cầu mới: 22 TCN 272-05  2001, ban hành thử nghiệm 22 TCN 272-01 (dùng // với QT 79);  7/2005, chính thức ban hành 22 TCN 272-05 & bỏ QT 79;  Thực chất của 22 TCN 272-05: AASHTO LRFD 98 (Mỹ), có nguồn gốc từ ACI, ANSI, AISC, AWS & ASTM.  AASHTO LRFD 98 = AASHTO LRFD Bridge Specification, 1998 (American Association of State Highway and Transportation officials);  ACI (American Concrete Institute); AISC (American Institute of Steel Construction); LRFD (Load and Resistance Factor Design); 19sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (2/2)  Một số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện VN:  Hoạt tải xe ô tô thiết kế: IM = 25% (AASHTO, IM = 33%);  Gió: TCVN 2737-1995;  Nhiệt độ: TCVN 4088-1985;  Giao thông thủy: TCVN 5664-1992;  Động đất: 22 TCN 221-1995;  Băng tuyết: Không có; 20sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.2. Quan điểm chung về thiết kế  TK là gì? là đưa ra phương án kết cấu thỏa mãn mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo được quy định trong các TCTK;  Mục tiêu của TK là gì? SK của k/c ≥ Hiệu ứng do tác động của tải trọng Điều kiện này phải thỏa mãn trên tất cả các bộ phận của kc và tất cả các TTGH;  SK của kc là gì? là khả năng chịu lực tối đa của kết cấu;  TTGH là gì? là TT của kc mà nếu vượt qua nó thì kc hay 1 bộ phận của kc không thỏa mãn mục tiêu của TK;  Hiệu ứng của tải trọng là gì? là các ứng xử của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng như M, V, ứng suất, biến dạng, 21sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế (1/3) a) TK theo ứng suất cho phép – ASD (Allowable Stress Design)  Công thức: Trong đó: F = hệ số an toàn ≥ 1,0. PP này có những nhược điểm sau: • fmax được XĐ dựa trên giả sử vật liệu là đh, tt & đh  khác thực tế. • Hệ số an toàn chỉ xét riêng cho cường độ vl, không xét tới sự thay đổi của tt; • Hệ số an toàn được chọn trên ý kiến chủ quan của kỹ sư, k có cơ sở tin cậy về thống kê & xác suất .   F R ff max 22sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế (2/3) b) TK theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD) Công thức: Sk của kết cấu, Rn ≥ Hiệu ứng của tải trọng, iQi Trong đó: • Rn = Sk danh định của kc = sk của kết cấu theo thiết kế; •  = hệ số sk, nhằm xét tới sự thay đổi sk kc về: Tính chất vật liệu; Phương trình dự tính cường độ; Tay nghề của công nhân; ĐK kiểm soát chất lượng; ĐK môi trường, v.v. 23sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế (3/3) • Qi = Hiệu ứng do tác động của tt thứ i; • i = hệ số tải trọng tương ứng với tt thứ I, nhằm xét tới sự thay đổi của tt thứ i về: Độ lớn của tt; Sự sắp xếp của tt; Tổ hợp tải trọng, v.v.  Vì có nhiều tải trọng cùng tác dụng vào kc, nên hiệu ứng của tt bằng tổng hiệu ứng của các tt.  PP này sử dụng đồng thời 2 hệ số đắt tiền là  &   LRFD.  Ưu điểm: khắc phục được các nhược điểm của ASD;  Nhược điểm: Phải thay đổi tư duy thiết kế; phải có kiến thức về xác suất thông kê. 24sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 (1/5) a) Công thức tổng quát  Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 dựa trên pp của LRFD  cttq như sau: (*) Công thức này phải thỏa mãn ở mọi bộ phận của kc và mọi TTGH; Trong đó:  Rn = Sk danh định của kc = sk của kết cấu theo thiết kế (Mn, Vn,);   = hệ số sk, nhằm xét tới sự thay đổi của sk kc trong thực tế về: Tính chất vật liệu; điều kiện chịu lực; Phương trình dự tính cường độ; Tay nghề của công nhân; ĐK kiểm soát chất lượng; ĐK môi trường, v.v. Thông thường hệ số  <= 1,0 để thiên về an toàn!  iinr QRR  25sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 (2/5)  Qi = Hiệu ứng do tác động của tt thứ i (Mi, Vi,);  i = hệ số tải trọng tương ứng với tt thứ i, nhằm xét tới sự thay đổi của tt thứ i trong thực tế về: Độ lớn của tt; Sự sắp xếp của tt; Tổ hợp tải trọng, v.v. Thông thường I ≥ 1,0 để thiên về an toàn!  Vì có nhiều tải trọng cùng tác dụng vào kc, nên hiệu ứng của tt được xđ bằng tổng hiệu ứng của các tt cùng tác dụng vào kc.   = hệ số hiệu chỉnh tải trọng, được xđ như sau (khi sd max): 95,0..  IRD  26sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 (3/5) Trong đó: • D = hệ số dẻo, nhằm xét tới tính dẻo của kc. Tính dẻo của kc là gì? Tính dẻo ảnh hưởng đến sự an toàn của kc?  Kc càng dẻo thì càng an toàn? Ở TTGHCĐ, D được quy định như sau (ở các TTGH khác D = 1,0): D ≥ 1,05 cho kết cấu không dẻo; D ≥ 0,95 ( 1,00) cho kết cấu dẻo; D = 1,00 cho kết cấu bình thường. 27sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 (4/5) • R = hệ số dư thừa, nhằm xét tới tính dư thừa của kc. Tính dư thừa của kc là gì? Tính dư thừa ảnh hưởng đến sự an toàn của kc?  Kc càng dư thừa thì càng an toàn? Ở TTGHCĐ, R được quy định như sau (ở các TTGH khác R = 1,0): R ≥ 1,05 cho kết cấu không dư thừa; R ≥ 0,95 ( 1,00) cho kết cấu dư thừa; R = 1,00 cho kết cấu bình thường. 28sydandao@utc.edu.vn 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 1.2.4. Nguyên tắc cơ bản của Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 (5/5) • I = hệ số tầm quan trọng, nhằm xét tới tính quan trong của kc. Tầm quan trọng của kc là gì? Tầm quan trọng ảnh hưởng đến sự an toàn của kc?  Kc càng quan trọng thì càng phải an toàn? Ở TTGHCĐ, I được quy định như sau (ở các TTGH khác R = 1,0): R ≥ 1,05 cho kết cấu quan trọng; R ≥ 0,95 ( 1,00) cho kết cấu không quan trọng; R = 1,00 cho kết cấu bình thường. 29sydandao@utc.edu.vn TTGH? là TT mà vượt qua nó thì kết cấu hay một bộ phận kc không thỏa mãn mục tiêu do tk đề ra. TC 05 qđ 4 TTGH như sau (A 4.4.1): a) TTGH cường độ TTGH cường độ phải được xem xét để đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại (đứt gãy hoặc sụp đổ) dưới tác dụng của tt. TTGH cường độ lại được chia nhỏ thành:  TTGHCĐ I: là TTGHCĐ liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn qua cầu và không có gió;  TTGHCĐ II: là TTGHCĐ liên quan đến việc cầu chịu gió với v > 25 m/s và không có xe qua cầu;  TTGHCĐ III: là TTGHCĐ liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn qua cầu và trên cầu có gió với v = 25 m/s. 1.2.5. Các trạng thái giới hạn (1/3) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 30sydandao@utc.edu.vn b) TTGH đặc biệt TTGHĐB là TTGH phải được xem xét để đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại do tác dụng của những tải trọng đặc biệt? như động đất, va xô (tàu bè và xe cộ) và xói lở. c) TTGH sử dụng TTGHSD là TTGH phải được xem xét để đảm bảo cho kết cấu sử dụng được bình thường (hạn chế biến dạng, bề rộng vết nứt và ứng suất trong bt và ct) dưới tác dụng của tải trọng trong điều kiện tiêu chuẩn ( = 1,0, gió có v = 25 m/s). d) TTGH mỏi TTGHM là TTGH phải được xem xét để đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại dưới tác dụng của tải trọng mỏi (xe cộ chạy trên cầu). 1.2.5. Các trạng thái giới hạn (2/3) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 31sydandao@utc.edu.vn Một số hình ảnh về TTGH đặc biệt 1.2.5. Các trạng thái giới hạn (3/3) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 32sydandao@utc.edu.vn a) Phân loại tải trọng Theo tính chất tác dụng của tt, tt được chia thành 2 loại:  Tt thường xuyên (dài hạn): là những tt tác dụng dài hạn vào kc, như trọng lượng bản thân kc, lớp phủ mc, các tiện ích trên cầu, v.v.  Tt tức thời (ngắn hạn): là các tt tác dụng ngắn hạn vào kc, thay đổi về độ lớn, vị trí và hướng theo tg, như hoạt tải xe ô tô, gió, đđ, v.v. Ví dụ về các tải trọng thường xuyên: DC = tải trọng bản thân của các bộ phận kc và thiết bị phụ phi kc; DD = tải trọng kéo xuống (xét hiện tượng ma sát âm); DW = tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích trên cầu; EH = tải trọng áp lực đất nằm ngang; EL = các hiệu ứng bị hãm tích luỹ do phương pháp thi công, ES = tải trọng đất chất thêm; EV = áp lực thẳng đứng do tự trọng đất đắp. 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (1/6) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 33sydandao@utc.edu.vn Ví dụ về các tải trọng tức thời: 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (2/6) BR = lực hãm xe, CE = lực ly tâm, CR = từ biến, CT = lực va xe, CV = lực va tầu, EQ = động đất, FR = ma sát, IM = lực xung kích (lực động) của xe, LL = hoạt tải xe, LS = hoạt tải chất thêm, PL = tải trọng người đi, SE = lún, SH = co ngót, TG = gradien nhiệt, TU = nhiệt độ đều, WA = tải trọng nước và áp lực dòng chảy, WL = gió trên hoạt tải, WS = tải trọng gió trên kết cấu. 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 34sydandao@utc.edu.vn b) Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng  THTT? Một kc thường chịu td của nhiều tải trọng khác nhau và các tt này có thể không xh đồng thời với nhau  Khi tính hiệu ứng do td của tt, ta cộng hiệu ứng của tất cả các tt trên k?  Không. Việc xem xét tính tổng hiệu ứng của các tt có thể xh đồng thời gọi là THTT.  AASHTO LRFD 98 qđịnh phải xem xét 11 THTT. Tuy nhiên, TC 05 đã đơn giản hóa còn 6 THTT như sau: 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (3/6) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 35sydandao@utc.edu.vn Các THTT và hệ số tải trọng tương ứng (A3.4.1-1) 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (4/6) Tổ hợp tải trọng hay Trạng thái giới hạn DC DD DW EH EV ES LL IM CE BR PL LS EL WA WS WL FR TU CR SH TG SE Cùng một lúc chỉ dùng một trong các tải trọng EQ CT CV Cường độ I p 1,75 1,00 - - 1,00 0,5/1.2 TG SE - - - Cường độ II p - 1,00 1,40 - 1,00 0,5/1.2 TG SE - - - Cường độ III p 1,35 1,00 0.4 1,00 1,00 0,5/1.2 TG SE - - - Đặc biệt p 0,50 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 1,00 1,00 Sử dụng 1.0 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 1,0/1,2 TG SE - - - Mỏi chỉ có LL, IM & CE - 0,75 - - - - - - - - - - 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 36sydandao@utc.edu.vn Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên (A3.4.1-2) 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (5/6) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 37sydandao@utc.edu.vn Khối lượng riêng (tỷ trọng) tham khảo của một số vật liệu (A3.5.1-1) 1.2.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng (6/6) Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3) Hợp kim nhôm 2800 Lớp phủ bê tông at-phan 2250 Xỉ than 960 Cát chặt, phù sa hay đất sét 1925 Bê tông Nhẹ 1775 Cát nhẹ 1925 Thường 2400 Cát rời, phù sa hoặc sỏi 1600 Đất sét mền 1600 Sỏi cuội, macadam hoặc balat 2250 Thép 7850 Đá xây 2725 Nước Ngọt 1000 Mặn 1025 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 38sydandao@utc.edu.vn  Hệ số sức kháng với TTGH cường độ được qđ như sau (A 6.5.4.2): 1.2.7. Hệ số sức kháng (1/2) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 39sydandao@utc.edu.vn 1.2.7. Hệ số sức kháng (2/2) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 40sydandao@utc.edu.vn a) Số làn xe thiết kế và hệ số làn xe  Bề rộng một làn xe chạy được lấy = 3500 mm  Số làn xe thiết kế , nL, được bằng phần nguyên của tỷ số W/3500. W là bề rộng phần xe chạy = khoảng trống của lòng cầu giữa hai đá vỉa hoặc lan can (mm).  Nhằm xét tới xs tất cả các làn xe đồng thời có xe, hiệu ứng của các xe ô tô tk trên các làn phải được nhân với hệ số làn xe, m, như sau: 1.2.8. Hoạt tải xe ô tô thiết kế (1/4) Số làn xe Hệ số làn xe, m 1 1,20 2 1,00 3 0,85 > 3 0,65 Hệ số làn xe (A3.6.1.1.2-1) 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 4@S = 4S SeSe 500 W 500 B 41sydandao@utc.edu.vn b) Hoạt tải xe ô tô thiết kế  Hoạt tải xe ô tô thiết kế chạy trên cầu ký hiệu là HL-93, là tổ hợp lớn hơn của:  Xe tải thiết kế + Tải trọng làn thiết kế;  Xe hai trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế.  Xe tải thiết kế 1.2.8. Hoạt tải xe ô tô thiết kế (2/4) 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm (4300  9000) mm 1800 mm 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 42sydandao@utc.edu.vn  Xe hai trục thiết kế  Tải trọng làn thiết kế: là tải trọng phân bố đều trên mỗi làn xe, có trị số = 9,3 N/mm. Theo chiều ngang nó được giả thiết phân bố đều trên chiều rộng = 3000 mm. 1.2.8. Hoạt tải xe ô tô thiết kế (3/4) 110 kN 110 kN 1200 mm 1800 mm 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 43sydandao@utc.edu.vn  Chú ý: Trừ khi xác định mô men âm và phản lực gối, mỗi làn xe thiết kế phải được xem xét bố trí 1 xe tải tk hoặc 1 xe hai trục tk + tt làn tk sao cho bất lợi nhất. Theo chiều ngang, tim của bất kỳ bánh xe nào cũng không gần hơn 300 mm tính từ mép đá vỉa hoặc lan can khi tk bản hẫng, 600 mm cho các bộ phận khác tính từ mép làn xe thiết kế.  Lực xung kích: Tác động tĩnh của xe tải tk hoặc xe hai trục tk phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm để xét đến tác dụng động của chúng, ký hiệu là IM, như sau (A3.6.2.1-1): 1.2.8. Hoạt tải xe ô tô thiết kế (4/4) Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu (đối với tất cả các trạng thái giới hạn) 75% Tất cả các cấu kiện khác:  Trạng thái giới hạn mỏi  Các trạng thái giới hạn khác 15% 25% 1.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 44sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.1. Các tính chất cơ học chủ yếu của thép (1/2)  Cường độ chảy (Fy): là trị số ứng suất mà tại đó biến dạng tăng nhưng ứng suất không tăng khi thí nghiệm kéo dọc trục.  Cường độ chịu kéo (Fu): là trị số ứng suất lớn nhất có được khi thí nghiệm kéo dọc trục.  Độ dẻo: là một chỉ tiêu tốt của thép, biểu thị khả năng chịu các biến dạng không đàn hồi mà không bị đứt gãy. Nó được biểu thị bằng tỷ số giữa độ giãn dài khi đứt gãy và độ giãn dài khi bắt đầu chảy.  Độ dai: là một chỉ tiêu tốt của vật liệu, biểu thị khả năng tiêu hao năng lượng mà không bị đứt gãy.  Độ cứng bề mặt (rắn): là độ bền bề mặt khi mài so với độ mài tiêu chuẩn. 45sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.1. Các tính chất cơ học chủ yếu của thép (2/2) Đường cong US-BD điển hình khi kéo dọc trục của thép 0 uF yF y h u b A B C D s fs 46sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.2. Quá trình luyện thép (1/4) a) Khái niệm Là quá trình nung nóng chảy các nguyên liệu bao gồm quặng sắt, than cốc, đá vôi và các phụ gia hóa học khác. Sản phẩm chính của quá trình này là phôi thép. Phôi thép (thép bán thành phẩm) là một hợp kim có thành phần chính là sắt (Fe) và các các nguyên tố hóa học khác như C, Al, S, P, Mg, Cr, Si, Cu, v.v. b) Phân loại thép - Phân loại theo thành phần hóa học của thép: 2 loại 47sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.2. Quá trình luyện thép (2/4) Thép các bon: là loại thép có chứa C ≤ 1,7% (theo khối lượng) và không chứa các kim loại khác ngoài Fe. Theo hàm lượng của C, ta có: • Thép các bon thấp: C ≤ 0,22 % (thép xây dựng, thép đen); • Thép các bon vừa: 0,22 % < C ≤ 0,6 % (chế tạo máy); • Thép các bon cao: 0,6 % < C ≤ 1,7% (chế tạo dụng cụ). Thép hợp kim: là loại thép có chứa thêm các thành phần kim loại khác ngoài Fe như Cr, Ni, Mn, Cu, Ag, Al,, nhằm nâng cao chất lượng của thép. Trong XD chúng ta cũng chỉ sử dụng loại thép hợp kim thấp (≤ 2,5 %). 48sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.2. Quá trình luyện thép (3/4) - Phân loại theo PP để lắng thép (mức độ khử ô xy): Thép tĩnh; Thép sôi; Thép nửa tĩnh. - Phân loại theo cường độ chảy của thép: 6 cấp (xem bảng) c) Ảnh hưởng của các thành phần hóa học trong thép đến chất lượng của thép (SGK) 49sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.2. Quá trình luyện thép (4/4) 50sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (1/6)  Phôi thép hoặc thép lỏng của quá trình luyện thép sẽ qua các khuôn đúc hoặc các máy cán liên tục và sau đó được tái gia công nhiệt hoặc tôi để tạo ra các sản phẩm thương mại bao gồm: • Thép bản (tấm); • Thép thanh (tròn, HCN); • Thép ống (tròn, HCN); • Thép hình tiết diện chữ T; • Thép hình tiết diện chữ L (thép góc); • Thép hình tiết diện chữ C (U hoặc thép máng); • Thép hình tiết diện chữ I (I cánh rộng = W và I tiêu chuẩn = S); • Thép hình dập nguội. 51sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (2/6) Thép thỏi (phôi thép) 52sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (3/6) Thép tấm 53sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (4/6) Thép thanh, ống 54sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (5/6) Thép góc, máng, I 55sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.3. Các sản phẩm thương mại của thép (6/6) Thép hình dập nguội 56 57 58 59 60 61sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.4. Gia công nhiệt Để thay đổi các tính chất cơ lý của thép, người ta thường sử dụng phương pháp gia công nhiệt. Có 2 loại gia công nhiệt: • Gia công nhiệt làm nguội chậm; • Gia công nhiệt làm nguội nhanh (tôi). 62sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.5. Ứng suất dư  Khái niệm: ứng suất tồn tại trong một phần tử nào đó mà k có bất kỳ một ngoại lực nào tác dụng lên chúng gọi là US dư.  Ứng suất dư có thể phát sinh trong quá trình gia công nhiệt, gia công cơ học hay quá trình luyện thép. Bản cán nóng Bản cắt mép bằng lửa I cán nóng Nguyên tắc của US dư: thớ nguội trước chịu ứng suất dư nén, thớ nguội sau chịu ứng suất dư kéo. 63sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.6. Ảnh hưởng của tải trọng mỏi (1/3) a) Khái niệm về hiện tượng mỏi?  Khái niệm? Mỏi là hiện tượng kết cấu bị phá hoại do chịu tác động của tải trọng mỏi (lặp).  Tải trọng mỏi? là tải trọng tác dụng lên kết cấu nhiều lần (hàng chục triệu lần) với trị số luôn thay đổi. VD: hoạt tải xe ô tô qua cầu, gió trên cầu dây (xem hình vẽ bên)  Đặc điểm của p/h mỏi: • Tải trọng gây phá hoại mỏi << tải trọng gây ph tĩnh; • Sự ph xảy ra rất đột ngột (giòn), nên rất nguy hiểm. 64sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.6. Ảnh hưởng của tải trọng mỏi (1/3) 65sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.6. Ảnh hưởng của tải trọng mỏi (1/3)  Nguyên nhân của ph mỏi? là do tính không liên tục, không đồng nhất của bản thân vật liệu thép hoặc không liên tục do dạng hình học của thép bị cắt khấc, khoét lỗ, có vết nứt ban đầu,  xuất hiện hiện tượng tập trung ứng suất  us tập trung tại các vị trí gián đoạn đó có thể >> us trung bình  x/h vết nứt. Nếu tt lặp lại nhiều lần, thì vết nứt sẽ lan truyền dần  mặt cắt bị thu hẹp dần cho đến khi bị phái hoại đột ngột. Hiện tượng TTUS 66sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.6. Ảnh hưởng của tải trọng mỏi (1/3) b) Cách xác định cường độ mỏi của thép  Để xđ cường độ mỏi của thép, chúng ta chỉ có thể làm thí nghiệm như sau: Cho một loạt mẫu thử giống nhau chịu các tải trọng mỏi có biên độ us khác nhau cho tới khi chúng bị phá hoại  Biểu đồ Vole như sau: 67sydandao@utc.edu.vn 1.3. VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG 1.3.6. Ảnh hưởng của tải trọng mỏi (1/3)  Nhận xét: Ta thấy, ứng với mỗi trị số của biên độ tải trọng mỏi Si, ta tìm được một giá trị của số chu kỳ gây phá hoại mỏi tương ứng Ni. Khi Si càng lớn, thì Ni càng nhỏ; và khi Si nhỏ đến Smin thì N = , tức là mỏi không xảy ra (vết nứt không lan truyền). Ta gọi, Si là cđộ mỏi của thép, ứng với số chu kỳ gây mỏi tương ứng Ni; và Smin là giới hạn mỏi của thép, nó t/ứng với N  107 lần.