Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Thiết kế hàn - Hồng Tiến Thắng

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Thiết kế hàn - Hồng Tiến Thắng

1. 9/22/2014 Tr−ờng đại học thuỷ lợi Khoa công trình Nội dung mụn học Bộ môn kết cấu công trinh === • Chương 1: Cơ sở thiếtkế kếtcấu thộp • Chương 2: Liờn kết hàn BÀI GiẢNG Kết cấu thép • Chương 3: Liờn kếtBulụng • Chương 4: Dầmthộp • Chương 5: Cột thộp • Chương 6: Dàn thộp GVHD: H ồng Tiến Thắng Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh + Bài tậpnộp: 1 2 2.1. Khỏi niệm chung 2 Liờn kết hàn 2.1.1. Nguyên lý hàn: - Dùng que hàn và vật hàn làm 2 cực để sinh hồ quang. . 2.1. Khỏi niệm chung - 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 . 2.2. Cấutạovàtớnhtoỏnmối hàn đối đầu nhau. - Nguồn điện xoay chiều hoặc 1 chiều, U<65V . 232.3. Cấu tạovà tớnh tỏtoỏnmối hàngúc GVHD: Hồng Tiến Thắng Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh 3 4 1
2. 9/22/2014 2.1.2. Phân loại mối hàn: Trong xây dựng dùng hai loại đ−ờng hàn: - 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: Hàn đối đầu Hàn góc + Bằnggp ph−ơngpg phá p thôn g th−ờng b) + Bằng ph−ơng pháp đặc biệt:Siêu âm, laze, tia Rơn ghen, a) 600  - C−ờng độ tính toán của đ−ờng hàn ( Ký hiệu Rh): 2 mm 2-3 mm phụ thuộc:  + Loại que hàn + Chiều dầy mối hàn + Loại thép hàn + Ph−ơng pháp kiểm tra đ−ờng hàn. 6 2.1.3. C−ờng độ tính toán của mối hàn: - Phụ thuộc loại mối hàn, trạng thái ƯS, ph−ơng pháp kiểm 2.2. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn đối đầu tra chất l−ợng, que hàn, vật liệu hàn, điều kiện làm việc 2.2.1. Mối hàn chịu lực dọc: - Đối đầu thẳng Bảng 2.2. C−ờng độ tính toán củốủa mối hàn: Rh (daN/cm2) (m=1) Loại mối Ký CT3 Trạng thái ứng suất hàn hiệu E42 h -Nén Rn 2100 h Hàn - Kéo: + kiểm tra ph−ơng pháp tiên tiến Rk 2100 h đối đầu +kiểmtraph−ơng pháp thông th−ờng Rk 1800 - Cắt R h 1300 N c  R h ( N - lực kéo) h k Hàn góc - Cắt Rg 1500 Fh N h  Rn ( N - lực nén) Fh Chữ nhật : Fh = h Lh Lh = L - 10mm 7 8 2
3. 9/22/2014 - Đối đầu xiên (dùng khi đ−ờng hàn đối đầu thẳng không đủ KNCL) 2.2.2. Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt: Trục đ−ờng hàn tạo một góc α với ph−ơng lực dọc N Nsinα kéo N N N - Kiểm tra ứng suất pháp: N M M Ncosα cắt  mRh  mRh k ( ) k n W ( ) n α Wh h  L 2 Với tiết diện chữ nhật: W ( ) W ( ) h h h h 6 M 6M h Nên:  2 mRk NSin h NCos h Wh  L  mR  mR h h QS C k C  x mR h Fh Fh - Kiểm tra ứng suất tiếp: C J x c 3 Q 3 Q h Với tiết diện chữ nhật:  . . mRC 2 Fh 2  h Lh 9/22/2014 5:39:21 PM 10 2.2.3. Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q Ví dụ : Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Cho biết P = 50kN, h 2 h 2 Rk = 1800 daN/cm , Rc = 1300 daN/cm , m = 0,85. N y x 1 x max -Nội lực: P y2  N = P = P cos45o = 35,355 kN ( ) a x    o N M Q Q = Py = P sin45 = 35,355 kN ( ) M=02PM = 0,2 Py =0235=7071kNm(= 0,2.35 = 7,071 kNm () - Ứng suất: 2 N 35,355.10 2 - Kiểm tra riêng cho từng loại ứng suất  N 186,08daN / cm Fh 1.19 - Tính các ứng suất do từng thành phần nội lực gây nên 4 M 6.7,071.10 2  M 2 1175,24daN / cm - Dùng nguyên lý cộng tác dụng, tổ hợp các loại ứng suất Wh 1.19 2 3335Q ,355.10 2  Q 279, 12dNdaN / cm h 2F 2 1.19 * Ứng suất phỏp:  k  M  N | mRk h h -Tổng hợp ứng suất:  n  M  N | mRn h σ max = N + M < m Rk , thay số: h σ = 186,08 + 1175,24 = 1361,32 daN/cm2 < 0,85.1800 = 1530 daN/cm2 * Ứng suất tiếp:   Q mRc max 2 2 max = 279,12 daN/cm < 0,85.1300 = 1105 daN/cm . 9/22/2014 5:39:21 PM 11 9/22/2014 5:39:21 PM 12 3
4. 9/22/2014 - Tính ứng suất do từng thành phần nội lực gây ra - Nội lực: N = P = P cos45o = 35,355 kN Q 1 2.3. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn gúc o Q = P2 = P sin45 = 35,355 kN M = 0,2 P2 = 0,2.35 = 7,071 kNm P 2.3.1. Mối hàn góc chịu lực dọc hoặc lực cắt: 2 P Q - Khi chịịựu lực dọ c N hoặ ặực lực cắt Q, Q,g trong đ−ờng hàn chỉ sinh ra N ứng suất tiếp trên mặt phẳng phá hoại và đ−ợc coi là phân bố đều. P1 M Mối hàn loại này th−ờng gặp trong một số dạng liên kết sau A a=200  N  M  Q + Liên kết chồng dùng bản ghép A  NN h N  M  mRg N 35, 355. 102 Fhlhhh   186,08daN / cm2 N F 1.19 Tổng hợp ứng suất: h Trong đó: 2 h  =  +  = 1361,32 daN/cm < m R 4 N - Lực dọc tính toán max N M k M 6.7,071.10  1175,24daN / cm2 h M 2 Rg -C−ờng độ tính toán của mối hàn góc Wh 1.19 2 2  max = 279,12 daN/cm < 0,85.1300 = 1105 daN/cm lh- Tổng chiều dài đ−ờng hàn ở về phía của liên kết 3Q 3 35,355.102  279,12/daN cm2 Q 14 221.19Fh + Liên kết giữa thép định hình và thép bản + Liên kết tấm đỡ với cột Kiểm tra đ−ờng hàn l1 và l2 nh− sau: - Giả thiết mối hàn bị phá hoại ở mặt phẳng 45o. Lực N và N do lực dọc N sinh ra: N + N = N 1 2 1 2 - Mặt phẳng phá hoại là mặt ghềnh, giả thiết là phẳng để tính. e N N 2 1 - Trong mối hàn sinh ứng suất tiếp. đ−ợc tính nh− sau: e1 e2 e1 N2 N NN N h e1 e2 + Khi chỉ có lực dọc N:  Ng mR FL 0,7 hL ứứngng suất ttrongrong đ−ờờngng hhànàn 1 và 2 tthoảhoả mmãnãn đđiềuiều kikiện:ện: hhhhh  QQ Q h Ne121 h + Khi chỉ có cắt Q:  Qg mR 1 NmR g FLhhhhh 0, 7 hL FeeFhh1121 Fh1 lh1..hh Ne1 Fh2 lh2 ..hh 22 h 21 h  NQmR  2 NmR g + Khi có cả lực cắt Q và lực dọc N: max g FeeFhh2122 15 16 4
5. 9/22/2014 2.3.2. Mối hàn góc chịu mômen uốn M: 2.3.3. Mối hàn góc đồng thời chịu M, N, Q M  N A M A N Q Q  Tr−ờng hợp 1: Tr−ờng hợp 2: M N Q Mặt phẳng tác dụng của M  tiết diện Mặt phẳng tác dụng của M // tiết diện tính toán của mối hàn (mặt nối) tính toán của mối hàn (mặt nối) - Tính ứng suất tiếp do từng nội lực gây ra - Tính ứng suất tiếp tổng cộng M h M h     h  M ymRmax g  M h rmRmax g max ||NQMmR g J h J p Momen q/t độc cực: J h= J h +J h Jh : momen quán tính của Fh x y rmax: bán kính cực lớn nhất 17 18 Ví dụ 2 : Ví dụ 3: h 2 Kiểm tra mối hàn. Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Biết  = 0,7, hh =10mm, Rg = 1500 daN/cm , Biết  = 0,7, hh = 10mm (hàn hai m = 1, M = 41,15 kNm, Q = 320 kN, hàn hai bên. bên), 2 Rgh = 1500 daN/cm , m = 0,85. Giải: - Nội lực: N = 240 - 300.0,7 = 27,87 kN ( ) Q = 300.0,7 = 212,13 kN ( ) - Đặc tr−ng hình học: (cho 1 đ−ờng hàn) 2 M = 0,08.240 = 19,20 kNm () Fh = 23,4 . 0,7 + 2.10. 0,7 = 30,38 cm h 3 - ứng suất: Syo = 23,4 . 0,7 . (0,7 / 2) + 2.10. 0,7. (5+0,7) = 85,53 cm 2 h N 27,87.10 2 S 85,53 N  68,65 daN / cm y0 N xc 2,81 cm Fh 2.0,7.29 F 30,38 2 h Q 212,13.10 2 3 3 Q  Q 522,49 daN / cm h 23,4 22 4 Fh 2.0,7.29 J x 10,7. 10. 2551 cm MM6.19, 20.104 12 12 M  ydaNcm 978,43 / 2 3 3 M max 2 h 0,7 2 10 2 4 JWhh2.0,7.29 J 23,4. 23,4.0,7.(2,81 0,35) 2.0,7 2.10.0,7(5,7 2,81) 333,4 cm y 12 12 - Tổng hợp ứng suất (tại điểm B có ứng suất lớn nhất): h 4 J 2551 333,4 2884,4 cm   2   2 mR h max Q N M g 2 2 rA 10,7 2,81 11,7 14,1 cm 222 2  max 522,49 (978,43 68,65) 1170,2daN / cm 0,85.1500 1275 daN / cm 20 5
6. 9/22/2014 - ứng suất: (hàn 2 bên) 4 M 41,15.10 2  MA h r.14,1 1005,78 daN / cm J 2.2884,4 2 Q 320.10 2  Q 526,66daN / cm Fh 2.30,38 - Tổng ứng suất: (hàn 2 bên) Chọn góc nh− hình vẽ, do đó: 10,7 2,81 cos 0,560 14,1 11,7 sin 0,830 14,1 2 Mx = M sin = 1005,78.0,830 = 834,80 daN/cm 2 MMy = M cos = 1005,78.0,560 = 563,24 daN/cm 222 2 2h 2 max Mx Q My 834,8 526,66 563,24 1372,87daN / cm Rg 1500 daN / cm 21 6