BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA

Giáo Trình

Cơ sở tính toán chung các
kết cấu kim loại máy trục
31
Phần I
CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHUNG
CÁC KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC
Chương 1
VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP
§1.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU THÉP
1.1.1. Đònh nghóa kết cấu thép, [17].
Các thanh thép đònh hình (thép chữ C : [; thép chữ I; thép chữ L v.v…) hoặc các tấm thép
chúng liên kết với nhau (liên kết hàn, liên kết tán đinh, liên kết bu lông) tạo nên những kết cấu cơ
bản, sau đó các kết cấu cơ bản lại được liên kết với nhau tạo thành một kết cấu chòu lực hoàn

dẻo của vật liệu gần sát với các giả thuyết tính toán. Sự làm việc thực tế của kết cấu thép phù
hợp với lý thuyết tính toán.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

32

+ Trọng lượng nhẹ : Kết cấu thép nhẹ nhất so với các kết cấu chòu lực : bê tông cốt thép,
gạch, đá, gỗ (so sánh trọng lượng khi cùng thực hiện một nhiệm vụ như nhau).
+ Tính công nghiệp hóa cao : Do sự sản xuất vật liệu (thép cán) được thực hiện hoàn toàn
trong nhà máy.
+ Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp : Do trọng lượng nhẹ, việc vận chuyển và lắp
ráp kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng.
+ Tính kín : Vật liệu và liên kết kết cấu thép có tính kín không thấm nước, không thấm
dầu, không thấm khí nên thích hợp nhất cho các công trình bể chứa chất lỏng, chất khí.
+ Tính dễ liên kết : kết cấu thép dễ dàng liên kết bằng các mối liên kết như : liên kết hàn,
khi cần tháo rời thì dùng liên kết bu lông, thuận tiện cho việc chế tạo, lắp ráp, vận chuyển đến
nơi sử dụng.
b) Kết cấu thép có những nhược điểm sau khiến nó bò hạn chế sử dụng :
+ Dễ bò gỉ : Trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong môi trường xâm thực (môi
trường axít, muối) kết cấu thép bò ăn mòn hóa học và điện hóa nhanh chóng. Do vậy tránh dùng
thép ở nơi ẩm ướt, luôn có lớp bảo vệ cho thép như : sơn phủ bọc.
+ Chòu lửa kém : Ở nhiệt độ 500
o
C ÷ 600
o
C thép chuyển sang dẻo, mất nhả năng chòu
lực.
+ Giá thành thép cao hơn các vật liệu khác. Vì vậy việc tiết kiệm thép là một yêu cầu
quan trọng đối với người thiết kế. Cần phải luôn cải tiến thiết kế, kết cấu phù hợp, sáng tạo ra
các hình thức kết cấu mới, dùng kết cấu nối ghép bằng hàn.

+ Kết cấu thép phải thỏa mãn các yêu cầu chòu lực : độ bền, độ cứng vững, độ bền mỏi
(độ bền lâu), độ ổn đònh.
+ Tính thẩm mỹ : kết cấu có hình dáng đẹp, thanh thoát, hài hòa.
b) Yêu cầu về kinh tế thể hiện ở các mặt :
+ Tiết kiệm vật liệu : Vật liệu thép cần được sử dụng một cách hợp lý, đúng chỗ; đặc biệt
việc chọn giải pháp kết cấu hợp lý tiết kiệm rất lớn khối lượng vật liệu thép cần thiết để chế tạo.
Ngoài ra cần dùng những phương pháp tính toán tiên tiến.
+ Tính công nghệ của kết cấu bao gồm :
*) Tính công nghệ trong chế tạo : kết cấu được chế tạo sao cho phù hợp với điều kiện chế
tạo của phân xưởng và việc sử dụng những thiết bò chuyên dùng hiện có, kết cấu đơn giản nhất
mà vẫn đảm bảo được yêu cầu làm việc tránh phải sử dụng công nhân có tay nghề cao, do đó
giảm được công chế tạo.
*) Tính công nghệ trong lắp ráp, vận chuyển : Kết cấu thép đã được chế tạo đến khi lắp
dựng phải dễ dàng, nhanh chóng với những thiết bò sẵn có. Cũng có thể một số bộ phận máy trục
tự lắp dựng như cổng trục tự dựng hay tự dựng một phần trong qui trình công nghệ lắp ráp. Kết
cấu thép đã được chế tạo khi vận chuyển từ nơi chế tạo đến nơi sử dụng cũng phải dễ dàng
nhanh chóng bằng cách chia thành từng đơn vò vận chuyển hay vận chuyển cả kết cấu.
*) Tính công nghệ trong việc sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng : Kết cấu thép phải có hình
dáng, cấu tạo tiện cho việc sử dụng, bảo dưỡng, kiểm tra, sơn bảo vệ.
+ Tính điển hình hóa trong thiết kế kết cấu thép. Ví dụ : điển hình hóa kiểu kết cấu cần,
kết cấu tháp, điển hình hóa kết cấu chân đỡ…theo kết cấu từng thể loại cần trục. Lợi ích của việc
điển hình hóa cũng tương tự như việc tiêu chuẩn hóa :
*) Về mặt thiết kế tránh được việc thiết kế lặp lại;
*) Về mặt chế tạo có thể chế tạo hàng loạt lớn những cấu kiện, do đó tạo điều kiện sử
dụng những thiết bò chuyên dùng, tăng được năng suất lao động và giảm thời gian chế tạo. Việc
dựng lắp cũng nhanh chóng dễ dàng hơn do có thể sử dụng những thiết bò dựng lắp thích hợp cho
loại kết cấu được dùng lặp nhiều lần.
1.1.6. Phương hướng phát triển kết cấu thép, [17].
Trong lónh vực nghiên cứu thiết kế kết cấu thép nói chung và kết cấu thép máy xếp dỡ
nói riêng, người ta luôn tìm mọi biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ giá thành nhờ

nay là dùng thiết bò đỡ quay kiểu cột quay.
+ Kết cấu cần kiểu dàn trước đây mặt cắt ngang chủ yếu có dạng chữ nhật nay có xu
hướng chuyển sang tiết diện tam giác (xem hình phần mở đầu : 0.7b; 0.19b; 0.19c; 0.19d).
+ Hệ cần cân bằng dùng cơ cấu 4 khâu (cần, vòi, giằng, giá đỡ), 4 khớp bản lề đã chuyển
sang dùng cân bằng hệ cần dùng pa lăng (thực chất là lợi dụng lực căng của cáp nâng hàng để
cân bằng). Loại cần trục này do được cải tiến về hình thức kết cấu nên nó có thể tiết kiệm tới
50% vật liệu thép dùng làm kết cấu (xem hình 0.19).
3) Sử dụng rộng rãi liên kết bằng hàn đặc biệt là hàn tự động.
Dùng liên kết hàn có thể đơn giản hóa được cấu tạo kết cấu, làm cho cấu tạo mối liên kết
đơn giản, gọn nhẹ, do vậy có thể tiết kiệm được thép và giảm nhẹ được công chế tạo và lắp ráp,
rút ngắn thời gian chế tạo, tăng tốc độ thi công, hạ giá thành sản phẩm. Dùng liên kết hàn có thể
tiết kiệm được 30% lượng thép. Hiện nay kết cấu thép trong ngành giao thông vận tải phần lớn
đều dùng liên kết hàn.
4) Sử dụng kim loại nhẹ (hợp kim nhôm) hoặc thép có cường độ cao (hợp kim thấp).
Phương pháp này có hiệu quả giảm nhẹ kết cấu và tiết kiệm thép. Ở một số nước đã dùng
hợp kim nhôm để chế tạo cần của cần trục cảng, tự trọng của nó giảm được từ 30% ÷ 40%.
Các loại cần trục được chế tạo bằng thép hợp kim thấp có thể giảm được trọng lượng bản thân
khoảng 20%. Tuy vậy hiện nay hợp kim nhôm còn hiếm và đắt tiền nên chưa được dùng rộng
rãi.
5) Sử dụng kỹ thuật mới
Trong một số kết cấu đã dùng phương pháp ứng suất trước (phương pháp dự ứng lực) để
thiết kế chế tạo kết cấu thép. Sử dụng phương phương pháp này có thể tiết kiệm được tới 30%
lượng thép. Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong kết cấu nhà và kết cấu cầu.
6) Qui cách hóa, tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa kết cấu .
Điều đó giúp đơn giản hóa việc thiết kế chế tạo, rút ngắn thời gian chế tạo, đưa qui trình
chế tạo hàng loạt, tiến hành sản xuất có tính công nghiệp hóa qui mô lớn, giảm nhẹ sức lao động
và số lao động trong dây chuyền.

§1.2 THÉP DÙNG TRONG KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY XẾP DỢ


thuần nhất và điều chỉnh được trong quá trình luyện.
+ Thép luyện bằng lò quay : có năng suất cao nhưng chất lượng kém (lò Bessmer, lò
Thomas); nay đã áp dụng phương pháp luyện bằng lò quay tiên tiến, chất lượng tương đương lò
bằng và năng suất cao.
Với các phương pháp sản xuất hiện nay, không cần phân biệt thép lò bằng hay thép lò
quay, hai loại thép này coi như có chất lượng tương đương.
3) Theo phương pháp để lắng thép.
Thép lỏng từ lò luyện được rót vào các khuôn để nguội cho kết tinh lại. Tùy theo phương
pháp để lắng nguội – thép được chia ra :
+ Thép sôi : Thép khi nguội bốc ra nhiều bọt khí : oxy, oxyt cacbon (nên trông như sôi),
các bọt khí tạo nên những chỗ không đồng nhất trong cấu trúc của thép, khiến thép sôi có chất
lượng không tốt, dễ bò phá hoại giòn và bò lão hóa.
+ Thép tónh : Thép tónh trong quá trình nguội không có hơi bốc ra cuồn cuộn như thép sôi,
do đã được thêm những chất khử oxy như silic, nhôm, mangan. Những chất này khử hết oxy có
hại và những tạp chất phi kim loại khác tạo nên xỉ nổi trên mặt. Phần xỉ này được loại bỏ đi, thép
còn lại trở nên đồng nhất, chòu lực động tốt, khó bò phá hoại giòn. Thép tónh đắt hơn thép sôi,
được dùng trong những công trình quan trọng hoặc chòu tải trọng động lực.
+ Thép nửa tónh : Là trung gian giữa thép tónh và thép sôi.

1.2.2. Số hiệu thép, [14].

1) Các ký hiệu tiêu chuẩn chủ yếu trên thế giới.
Do những hoàn cảnh lòch sử, nước ta đã quen dùng tiêu chuẩn Nga (ГОСТ). Ngày nay
ngoài ГОСТ ra, các cán bộ kỹ thuật và người tiêu dùng cần phải biết các tiêu chuẩn của các
nước khác như : Mỹ, Nhật, Pháp, Đức , Anh, … là những nước phát triển và kỹ thuật tiên tiến.
Các Tiêu chuẩn Việt Nam có liên quan đến ký hiệu vật liệu kim loại gồm có (1.2.3 –
[14]):
– TCVN 1659 – 75 qui đònh các nguyên tắc ký hiệu cho vật liệu kim loại (thép, gang, hợp
kim màu). Dựa trên các nguyên tắc này có thể ký hiệu mọi loại thép, hợp kim màu theo các
thành phần hóa học chủ yếu.


Mỹ-có nhiều
hệ tiêu chuẩn

UNS
+ Đối với thép được ký hiệu theo trật tự :
Ví dụ thép :12CrNi3A : có ≈ 0,12% C; ≈ 1%Cr; ≈ 3%Ni; ít P,S (mỗi nguyên tố ít
hơn 0,025%).
Ví dụ thép : 210Cr12 : có ≈ 2,10%C; ≈ 12% Cr.
+ Đối với hợp kim màu được ký hiệu theo trật tự :

Ví dụ thép : AlCu4Mg là hợp kim nhôm có : ≈ 4,00%Cu; ≈ 1,00%Mg.
2) Ký hiệu thép xây dựng và công trình theo Tiêu chuẩn Việt Nam, Nga, Trung Quốc
(Phân loại theo công dụng – bảng 1.2).
TCVN 1765-75 qui đònh các mác thép và yêu cầu kỹ thuật cho nhóm này. Nói chung các
mác thép được ký hiệu bằng CT (với nghóa : C – cacbon, T – thép) và số chỉ giới hạn bền kéo tối
thiểu tính bằng kG/mm
2
, và cuối cùng có thể có thêm chữ “s” để chỉ thép sôi, “n” để chỉ thép
nửa lặng (nửa tónh), còn đối với thép lặng (tónh) thì không cần thêm chữ gì cả. Thép còn được
chia thành 3 phân nhóm nhỏ – căn cứ vào công dụng.
Bảng 1.2 - Ký hiệu thép xây dựng và công trình theo T/C Việt Nam, Nga, Trung Quốc.
Tiêu chuẩn
Các ký hiệu
Việt Nam
TCVN 1765-75
Nga

- Phân nhóm C : Qui đònh cả thành phần hóa học lẫn cơ tính.
Ký hiệu hóa
học nguyên tố
gốc.

Ký hiệu hóa học và lượng phần trăm
trung bình lần lượt cho từng nguyên tố
hợp kim, nếu
≈
1% thì không ghi.

Phần vạn C

(1/10 000)
Ký hiệu hóa học và lượng phần trăm
trung bình lần lượt cho từng nguyên tố
hợp kim, nếu
≈
1% thì không ghi.

Cuối ký hiệu ghi
chữ A là chất
lượng cao (ít P,S).

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

37
Việc qui đònh cụ thể xem [14], tuy nhiên cần lưu ý một số điểm sau:
a) Phân nhóm A (Nga ký hiệu cũng là A) :
Như trên đã nói phân nhóm A chỉ qui đònh cơ tính mà không qui đònh thành phần hóa

T
1KП A1F, AY1F CT42s C
T
4KП A4F, AY4F, AJ4F
CT33n C
T
1ПC A1b, AY1b CT42n C
T
4ПC A4b, AY4b, AJ4b
CT33 C
T
1CП A1, AY1 CT42 C
T
4CП A4, AY4, AJ4.

CT34s C
T
2KП A2F, AY2F, AJ2F CT51n CT5ПC A5b, AY5b, AJ5b
CT34n C
T
2ПC A2b, AY2b, AJ2b CT51 C
T
5CП A5, AY5, AJ5.
CT34 C
T
2CП A2, AY2, AJ2
CT52nMn

C
T

3ГПC

-
BCT33s БC
T
1KП B1F, BY1F BCT42s БC
T
4KП B4, BY4, BJ4.
BCT33n БC
T
1ПC - BCT42n БC
T
4ПC -
BCT33 БC
T
1CП B1, BY1. BCT42 БC
T
4CП B4, BY4, BJ4.
BCT34s БC
T
2KП B2F, BY2F, BJ2F BCT51n БCT5ПC -
BCT34n БC
T
2ПC - BCT51 БC
T
5CП B5, BY5, BJ5.
BCT34 БC
T
2CП B2, BY2, BJ2 BCT52nMn БC
T

Công dụng chủ yếu của thép phân nhóm C là làm kết cấu hàn chòu lực bởi vì nó được bảo
đảm về thành phần hóa học và cả cơ tính. Ví dụ : CCT34N, CCT34, CCT38n, CCT38.
Về mặt ký hiệu :
+ TCVN 1765-75 qui đònh phân nhóm C tương tự như phân nhóm A song ở trước có thêm chữ
C; song không bao gồm đầy đủ các mác ở phân nhóm A mà chỉ có các mác: (theo bảng)
Như vậy không có các mác ứng với các số 31, 33, 61.
+ Tiêu chuẩn của Nga ГОСТ 380-71 : thêm chữ B ở phía trước.
Gần đây (1998) ở Nga đã thònh hành tiêu chuẩn mới về thép
thông dụng, không dùng các số thứ tự để chỉ cấp độ bền mà ký
hiệu theo giới hạn bền kéo tối thiểu theo đơn vò Mpa. Các mác
thép trình bày ở bảng 2.2 theo tiêu chuẩn ГОСТ 27772-88 -
[26] (tr.21) có thể được xem như thuộc phân nhóm C vì được qui
đònh cả cơ tính lẫn thành phần hóa học.

+ Tiêu chuẩn của Trung Quốc : GB 700-79: thay chữ A bằng chữ C. Ví dụ (tương đương):
3) Ký hiệu thép xây dựng và công trình theo Tiêu chuẩn Nga (Phân loại theo cường độ thép)
a) Thép các bon thấp cường độ thường : Là thép các bon thấp có :
+ Giới hạn chảy vào khoảng : 2200 ÷ 2500 daN/cm
2
.
+ Giới hạn bền vào khoảng : 3700 ÷ 4200 daN/cm
2
.
Thép các bon thấp dùng trong xây dựng và công trình gồm hai số hiệu : C
T
3 và C
T
3ПС
(C
T

ГОСТ

380-71
GB

700-79
- BC
T
1 - BCT38Mn BC
T
3ГПC

-
BCT34s BC
T
2KП C2F, CY2F, CJ2F BCT42s BC
T
4KП C4F, CY4F, CJ4F.
BCT34n BC
T
1ПC - BCT42n BC
T
4ПC -
BCT34 BC
T
1CП C2, CY2, CJ2 BCT42 BC
T
4CП C4, CY4, CJ4.
BCT38s BC
T

T
3ΓПC5 và BC
T
3CП5).
b) Thép cường độ khá cao: Là thép các bon mang nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp:
+ Giới hạn chảy vào khoảng : 2900 ÷ 3900 daN/cm
2
.
+ Giới hạn bền vào khoảng : 4300 ÷ 5400 daN/cm
2
.
Các thép hợp kim thấp thông dụng cho kết cấu có 6 loại :
09Γ2, 09Γ2C, 14Γ2, 10Γ2C1,15XCHД, 10XCHД,
Ý nghóa ký hiệu như sau :
+ Đầu tiên là con số chỉ phần vạn các bon;
+ Tiếp theo là tên các thành phần hợp kim; (Γ – măngan; C – silíc; X – crôm; H – niken;
Д – đồng; Φ - vani; v.v…
+ Con số đứng sau chỉ % của chất, nếu tỷ lệ lớn hơn 1%. Ví dụ : thép 09Γ2C : có 0,09%
C, Măngan ≈ 2%; silíc ≈ 1%. Sử dụng thép có cường độ cao có thể giảm được 20 – 25% trọng
lượng kết cấu.
c) Thép cường độ cao: gồm các thép hợp kim đem nhiệt luyện :
+ Giới hạn chảy cao hơn : 4400 daN/cm
2
.
+ Giới hạn bền cao hơn : 5900 daN/cm
2
.
Ví dụ các thép cường độ cao: 16Γ2AΦ; 12Γ2CMΦ;
Sử dụng thép có cường độ cao có thể giảm được 25 – 30% trọng lượng kết cấu.
Việc lựa chọn các số hiệu thép cho kết cấu phải dựa vào các yếu tố : đặc điểm gia tải (tónh,

daN/cm
2
. Giai đoạn này gọi là giai đoạn tỷ lệ, ứng suất tương ứng với
điểm A gọi là giới hạn tỷ lệ
σ
tl
.
Bên trên điểm A một chút cho tới điểm A’, đường thẳng hơi cong đi, không còn giai đoạn
tỷ lệ bậc nhất nữa, nhưng thép vẫn làm việc đàn hồi, nghóa là biến dạng sẽ hoàn toàn mất đi khi
không còn tải trọng. Ứng suất tương ứng với điểm A’ gọi là giới hạn đàn hồi
σ
đh
là giới hạn của
vùng làm việc đàn hồi của thép. Thực tế,
σ
đh
khác rất ít với
σ
tl
nên nhiều khi người ta đồng nhất
hai giai đoạn làm việc này.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

40

+ Đoạn A’B, là một đường cong rõ rệt. Thép không còn làm việc đàn hồi nữa; mô đun
đàn hồi E giảm dần đến bằng 0 ở điểm B, ứng với ứng suất chừng 2400 daN/cm
2
. Giai đoạn này
gọi là giai đoạn đàn hồi dẻo.

= 0,25% đối với thép C
T
3), thép
không chảy nữa và lại có thể chòu được lực. Thép như được gia cường, nên giai đoạn này gọi là
giai đoạn củng cố. Quan hệ ứng suất – biến dạng là một đường cong thoải, biến dạng tăng nhanh
theo kiểu biến dạng dẻo. Mẫu thép bò thắt lại, tiết diện bò thu nhỏ và bò kéo đứt ứng với ứng suất
ở điểm D, khoảng 4000 daN/cm
2
đối với C
T
3. Ứng suất này gọi là giới hạn bền. Biến dạng lúc
kéo đứt rất lớn
ε
o
= 20% - 25%.
b) Các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép.
Biểu đồ kéo của thép cho ta các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép, được qui đònh trong
tiêu chuẩn đối với mỗi mác thép. Đó là:
+ Giới hạn tỷ lệ :
σ
tl

+ Giới hạn chảy :
σ
c
– quan trọng nhất, là ứng suất trong các cấu kiện chòu lực không
được phép vượt qua.
+ Giới hạn bền :
σ
b

2
+ Tính dẻo cao
+ Độ dai va đập : a
k
= 50-100 J/cm
2
. + Tính hàn tốt (dễ hàn).

Hình 1.1 Biểu đồ kéo thép các bon thấp.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

41
1.3.2. Thép dùng làm kết cấu chòu tải trọng động – [13]
Theo qui phạm chia các kết cấu xây dựng và công trình làm 4 nhóm và có hướng dẫn việc
sử dụng các số hiệu thép cho mỗi nhóm. Sau đây là số hiệu thép cho nhóm 1:
Phạm vi sử dụng: Các kết cấu hàn hoặc các cấu kiện của nó làm việc trong điều kiện đặc
biệt nặng hay chòu tác dụng trực tiếp của tải trọng động, tải trọng rung động hoặc tải trọng di
động (dầm cầu trục, dầm của sàn công tác, các cấu kiện của kết cấu bunke, các cầu bốc dỡ chòu
trực tiếp tải trọng động: các bản mắt của dàn, các kết cấu nhòp và gối đỡ của hành lang băng tải,
các cột hàn đặc biệt của hệ thống đường dây điện (ĐDK) vượt qua nhòp lớn và có chiều cao hơn
60 m; các dầm đỡ cầu trục của các công trình thủy công…(bảng 1.2)

Bảng 1.2 - Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán của một số thép cán, (Bảng 50 -[13]).
Cường độ tiêu chuẩn
Mpa (kG/cm
2
)
Cường độ tính toán
Mpa (kG/cm

c

Giới hạn
bền σ
σσ
σ
b

01 18CП ГОСТ 23570 –79

Tấm 4-20 235(2400) 370(3800)

230(2350) 360(3650)

02 18ГПC ГОСТ 23570 –79

Tấm 21-30 225(2300) 370(3800)

220(2250) 360(3650)

03 18ГCП ГОСТ 23570 –79

Tấm 31-40 235(2400) 390(4000)

230(2350) 380(3850)

04 BC
T
3ПC
ГОСТ 380 - 71


330(3350) 465(4750)

10 09Г2C
ГОСТ 19281-73
Hình 10-20 325(3300) 470(4800)

310(3150) 450(4600)

11 09Г2C
ГОСТ 19281-73
Ống 21-32 305(3100) 460(4700)

290(2950) 440(4500)

12
10 Г2C1 ГОСТ 19281-73
Tấm 4 355(3600) 490(5000)

340(3450) 465(4750)

13
10 Г2C1 ГОСТ 19281-73
Tấm 5-9 345(3500) 490(5000)

330(3350) 465(4750)

14
10 Г2C1 ГОСТ 19281-73
Hình 10-20 335(3400) 480(4900)

19
14 Г2AФ
TY-14-1-1217-75 Tấm 4-50 390(4000) 540(5500)

370(3750) 515(5250)

20
15 Г2AФДПC ГОСТ 19282-73
Tấm 4-32 390(4000) 540(5500)

355(3600) 490(5000)

21 10XCH
ГОСТ 19282-73
Tấm 4-32 390(4000) 530(5400)

355(3600) 480(4900)

22
16 Г2AФ ГОСТ 19282-73
Tấm 4-32 440(4500) 590(6000)

400(4100) 535(5400)

23
16 Г2AФ ГОСТ 19282-73
Tấm 33-50 410(4200) 570(5800)

375(3800) 520(5300)


Thép góc không đều cạnh gồm 47 loại từ tiết diện nhỏ nhất là L25x16x3 đến lớn nhất là
L250x160x20. Đặc điểm của tiết diện thép góc là : cánh có hai mép song song nhau, tiện cho
việc cấu tạo liên kết. Chiều dài thanh thép góc được sản xuất từ 4 đến 13 m. Thép góc được dùng
làm :
- Thanh chòu lực như hệ thanh bụng, thanh biên của kết cấu giàn; ngoài ra ta có thể ghép
hai thép góc thành chữ T, chữ thập, chữ nhật v.v…(hình 1.2.b)
- Cấu kiện liên kết các kết cấu khác như ghép các bản thép thành tiết diện chữ I, liên kết
dầm với cột.
Thép góc là loại thép cán được dùng nhiều nhất trong kết cấu thép.
b)Thép chữ I:
Theo TCVN 1655-75,
gồm có 23 loại tiết diện, chiều
cao từ 100 đến 600 mm. Ký
hiệu, ví dụ : I30, ở đây 30 là
chiều cao tính ra cm. Từ các số
hiệu 18 đến 30, còn có thêm hai
tiết diện phụ, cùng chiều cao
nhưng cánh rộng và dày hơn,
ký hiệu thêm chữ “a”, ví dụ:
I22a. Chiều dài được sản xuất
từ 4 đến 13 m. Thép chữ I chủ
yếu làm dầm chòu uốn.
Độ cứng của dầm chữ I
theo phương trục x-x rất lớn so
với phương trục y-y. Cũng có
thể dùng thép chữ I làm cột, khi
đó nên tăng độ cứng đối với trục y-y bằng cách mở rộng thêm cánh, hoặc ghép hai thép I lại.
Một bất lợi của thép chữ I là cánh ngắn và vát chéo nên khó liên kết.
Trong trường hợp dùng thép chữ I làm ray treo cho cầu trục, cổng trục, cầu chuyển tải,
nên dùng thép chữ I chuyên dùng. Ở đây cho số liệu thép chữ I chuyên dùng làm ray treo theo

i
y
Ký
hiệu
Khối
lượng
kg/m
mm
Diện
tích
tiết
diện
cm
2
cm
4
cm
3
cm

cm
3
cm
4
cm
3
cm

18M 25,8 180


220

280

60,9

2,40

30M 50,2 300

130

9 15

12 6 63,9
9400

627

12,02

360

490

75,4

2,77

36M 57,9 360


1420

17,98

808

908

121,0

3,03

d) Các loại thép hình khác :
Ngoài 3 loại chính vừa nêu, thép cán đònh hình còn có nhiều loại tiết diện khác, thích hợp
cho từng công dụng riêng, ví dụ:
- Thép I cánh rộng, có tỷ lệ bề rộng cánh trên bề cao là: 1:1 đến 1:2, kích thước tiết diện
hxb từ 200x100 đến 100x320 (hình 1.6.a). Cánh có mép song song nên thuận tiện liên kết, cấu
kiện dùng làm dầm hay làm cột đếu tốt. Giá thành cao vì phải cán trên những máy cán lớn.
- Thép ống không hàn, có kích thước (đường kính ngoài x bề dày) từ 42x2,5 đến 500x15
mm (hình 1.6.b)

Hình 1.3 Thép chữ I và ứng dụng.Hình 1.4 Thép chữ I Hình 1.5 Thép chữ [
và các kích thước và các ứng dụng

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


Các loại tiết diện thép
hình khác.
a) Thép chữ I cánh rộng;
b) Thép ống.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

45
1.4.4. Số liệu kích thước thép tấm.
a) Thép tấm cacbon thường (ΓOCT 500-58)
Thép tấm cacbon thường còn gọi là thép tấm đen thường, sản xuất bằng thép cacbon
thường ký hiệu MCTO, MCT2, MCT3, MCT4, MCT5 (thép sôi – KΠ, thép lắng và nửa lắng
ΠC). Kích thước của thép tấm cacbon thường ghi ở bảng 1.4 (chiều dày từ 4 đến 60mm).
Ngoài ra theo yêu cầu riêng còn có thể sản xuất thép tấm có chiều dày trên 60mm đến
160mm (theo ΓOCT 5681-57), chiều rộng tới 3600mm và chiều dài tới 12000mm.
Thép tấm sản xuất bằng máy liên hoàn tự động có thể cuộn thành từng cuộn.
Khi kiểm tra chiều dày thép tấm phải đo cách góc tấm thép trên 100mm và cách cạnh tấm
thép trên 40mm.
Có thể sản xuất tấm thép có chiều dài lớn nhất ghi ở bảng 1.5.
b) Thép tấm cacbon tốt cán nóng (ΓOCT 500-58), có kích thước như bảng 1.4 chiều dày từ 4 đến
60 mm.
Ký hiệu thép các bon tốt cán nóng : 08KΠ, 10 KΠ – 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55,
60, 65, 70, 15Γ, 20Γ, 30Γ, 40Γ, 50Γ, 60Γ, 65Γ, 70Γ, 10Γ2, 30Γ2, 35Γ2, 40Γ2, 45Γ2, 50Γ2,
Cơ tính thép tấm cacbon tốt cán nóng xem thêm bảng 277a.[15]

Bảng 1.4 – Kích thước thép tấm, mm
(Ký hiệu δ - chiều dày; B – chiều rộng; L – chiều dài), (B.275).[15]

δ
δδ

1400 2800
1250, 1400, 1500 3000, 3500
1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 4200
1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000
8

1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2220
7500, 8000
1400 2800
1250, 1400, 1500 3000, 3500
1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 4200
9
–
10

1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200
4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000
1400 2800, 3500
1250, 1400, 1500 4200
1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200
4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000
11

1250, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300
7500, 8000
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

46

Bảng 1.4 – Kích thước thép tấm, mm (tiếp theo)


2200, 2300, 2400, 2500

8000
34, 36, 38, 40, 42,
45, 50, 52, 53, 55,
56, 58, 60
1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500,

2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 7000
63, 65, 70, 75, 80,
85, 90, 95, 100

2800, 2900, 3000

1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000
2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 105, 110, 120, 125,
130
2800, 2900, 3000

1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 3500, 4000, 4500, 5000

Về mặt chòu lực thì
dầm chủ yếu chòu uốn. Theo
đặc điểm cấu tạo tiết diện của
dầm người ta chia dầm làm 2
loại: dầm hình và dầm tổ hợp.
a) Dầm hình :
Là dầm làm từ các
thép hình, thường là các loại
thép chữ I, chữ [, v.v… chế tạo từ cán hay dập. Dầm hình có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, chi phí
thấp nên giá thành dầm hình thấp hơn giá thành dầm tổ hợp (xem hình 5.1).
b) Dầm tổ hợp :
Dầm tổ hợp là loại dầm chế tạo từ các loại thép tấm hoặc từ các thép tấm kết hợp với các
thép hình liên kết lại với nhau bằng phương pháp hàn hoặc tán đinh.
Nếu dùng liên kết hàn để liên kết các cấu kiện của dầm thì gọi dầm đó là dầm tổ hợp
hàn. Nếu dùng đinh tán hoặc bu lông để liên kết các cấu kiện của dầm thì gọi dầm đó là dầm tổ
hợp đinh tán hoặc dầm tổ hợp bulông.
So với dầm đinh tán thì dầm hàn tốn ít vật liệu hơn, chi phí chế tạo dầm ít hơn, chế tạo
đơn giản nên được dùng phổ biến hơn. Dầm đinh tán chòu tải trọng động và ảnh hưởng của chấn
động tốt hơn dầm hàn nên thường dùng làm dầm của các cần trục loại tải trọng lớn với chế độ
làm việc nặng hoặc rất nặng. Trên hình 5.2 giới thiệu một vài loại tiết diện dầm tổ hợp.

Hình 5.2 – Một vài loại tiết diện dầm tổ hợp.
a – Dầm 1 thành kết cấu hàn; b – Dầm 1 thành kết cấu tán đinh; c – Dầm 2 thành kết cấu hàn; d –
Dầm 2 thành kết cấu tán đinh. Hình 5.1 – Dầm hình. a, b – thép cán phổ thông; c – thép cán chữ I
cánh rộng; d, e – thép hình thành mỏng dập.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

của dầm h
min
hạn chế bởi điều kiện độ võng của dầm (f) và thời
gian tắt dao động (t).
Chiều cao tối ưu của dầm có thể xác đònh bằng tính toán.
Để sử dụng hoàn toàn vật liệu của dầm : căn cứ vào mômen uốn
dầm do tải trọng gây ra M để xác đònh môđun chống uốn cần
thiết của tiết diện dầm.

][
σ
M
W ≥
(5.02)
(Khi đó chiều cao dầm sẽ đạt tính kinh tế h
kt
)

– Chiều cao của dầm h
max
xác đònh theo điều kiện khối lượng
của dầm là nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo nhận được mômen
chống uốn của tiết diện W cần thiết:
Đặt trọng lượng của một đơn vò chiều dài dầm là g, khi đó (5.1).[01]:
g = (g
t
+ g
b
).β ; (kG/m) (5.03)
ở đây g







h
(5.04)
Hình 5.3 – Xác đònh chiều
cao của da
àm để khối lượng
dầm là nhỏ nhất.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

103
Công thức trên nhận được khi ta bỏ qua mômen quán tính của tấm biên đối với trục trung
hòa của nó và coi chiều cao thành dầm gần bằng chiều cao dầm: h
t
≈ h.
Diện tích tiết diện dầm:
F = 2F
b
+ F
t
(5.05)
Từ công thức (5.04) ta xác đònh mômen chống uốn của dầm như sau:
W =



h
h
W
h
h
J
tt
δδ
(5.07)
thay F
b
vào (5.03) và biến đổi ta có:
g = (g
t
+ g
b
).β = (δ
t
.h.γ + 2F
b
.γ) = β.γ.(δ
t
.h + 2F
b
)
g = β.γ.





h
h
W
t
δ
(5.08)
Để tìm chiều cao dầm tương ứng sao cho trọng lượng dầm là nhỏ nhất ta đạo hàm biểu
thức (5.08) theo h và cho bằng 0 để tìm cực trò:






+−=
3
.2
2
t
h
W
h
dg
δ
γβ
= 0 (5.09)
*) Chiều cao tiết diện dầm ứng với trọng lượng dầm nhỏ nhất tức chiều cao kinh tế của
dầm được tính từ công thức (5.09):

t




+
3
h
h
W
t
δ
= 2.β.γ.h.






+
3
2
t
h
W
δ
=
3
4
βγh.δ
t
(5.11)




−
6
h
h
W
t
δ
=






−
63
hh
tt
δδ
=






6

h
W
δ
(5.13)
ký hiệu : α =
h
h
1
; xét tỷ số:
α
α
2
)1(
%100.
2
1
−
=
−
g
gg
.100% (5.14)
Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: hàm trọng lượng theo chiều cao thay đổi rất ít
quanh giá trò chiều cao kinh tế h
kt
(khi chiều cao thay đổi 20% so với chiều cao kinh tế – trọng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

104
lượng dầm thay đổi không quá 2,5%. Dễ dàng nhận thấy: khi chiều cao dầm càng lớn bản thành

trò giới hạn cho phép.
Từ ý nghóa đó nên chiều cao
nhỏ nhất của dầm h
min
được xác
đònh từ công thức tính toán độ võng
của dầm f với điều kiện:
f ≤ [f] (5.16)
ở đây f – độ võng thực tế lớn nhất của dầm;
[f] – độ võng cho phép.
Do điều kiện sử dụng và kết cấu phải giới hạn độ võng của kết cấu thép. Đối với cầu trục
chạy điện chế tạo từ thép các bon C
T
3 theo các tiêu chuẩn kỹ thuật thường cho phép (xem
chương 1 phần II):
f ≤ [f] =
L
700
1
(5.17)
Theo TCVN 5575 – 1991 qui đònh độ võng đối với dầm và giàn cầu trục :
+ Chế độ làm việc nhẹ (bao gồm cầu trục tay, pa-lăng điện và pa lăng) : [f] = L/400;
+ Chế độ làm việc trung bình : [f] = L/500;
+ Chế độ làm việc nặng và rất nặng : [f] = L/600;

– Chiều cao dầm lựa chọn h:
Chiều cao h phải vừa đảm bảo yêu cầu sử dụng (yêu cầu độ cứng) h
min
vừa đảm bảo yêu
cầu kinh tế (yêu cầu để trọng lượng dầm là nhỏ nhất) h

=
h
h
1
.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

105
chiếu cao kinh tế . Vì vậy khi thiết kế có thể chọn chiều cao dầm khác so với chiều cao kinh tế
h
kt
mà vẫn đảm bảo yêu cầu kinh tế (xem hình 5.5).

b) Xác đònh kích thước thành dầm (h
t
, δ
δδ
δ
t
)
Kích thước các bộ phận của dầm tổ
hợp, chiều dày của các tấm và kích thước
của dầm tổ hợp được chọn sơ bộ. Sau khi
đã chọn được tiết diện dầm tổ hợp sẽ tiến
hành kiểm tra theo các điều kiện độ bền,
độ cứng và độ ổn đònh của dầm.

– Chiều cao thành dầm h
t

+ Chọn sơ bộ chiều dày thành dầm theo công thức kinh nghiệm (3.67a, b).[09]:
δ
t
= 7 +
1000
3
t
h
mm (5.18)
+ Chiều dày thành dầm tính theo điều kiện về bền cắt:
δ
t
≈
ct
Rh
Q
2
3
(5.19)
trong đó: Q – lực cắt tính toán,
R
c
– sức bền tính toán cho phép khi chòu cắt,
h
t
– Chiều cao thành dầm.
+ Chọn chiều dày thành dầm xuất phát từ điều kiện đảm bảo ổn đònh cục bộ của tấm
thành:

160


3 - δ
t
= 16mm; β = 1,2; 4 - δ
t
= 16mm; β = 1,3;

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

106
Bản cánh dầm (tấm biên) có kích thước chiều rộng B, chiều dày tấm biên δ
b
. Sau khi đã
chọn được chiều cao h, chiều dày tấm thành δ
t
thì từ điều kiện về độ bền chòu uốn của dầm, ta đi
xác đònh diện tích tiết diện tấm biên của dầm, chiều dày tấm biên δ
b
và chiều rộng tấm biên B.
Về mặt cấu tạo, tấm biên của dầm chỉ nên dùng một bản thép, vì nếu ghép từ 2 bản trở
lên (theo chiều dày) thì sẽ rất phức tạp và sẽ phát sinh ứng suất phụ trong bản cánh của dầm.
Chiều dày của bản thép làm tấm biên không vượt quá 50 mm với thép các bon và không quá 40
mm với thép hợp kim thấp.

– Chọn kích thước chiều dày
δ
δδ
δ
b
và chiều rộng tấm biên B:

biên chòu nén. Chiều rộng B xác đònh sau khi đã chọn trước chiều dày tấm biên.
*) Đối với dầm 1 thành (chữ I):
B ≤ 30δ
b
: thép CT3
B ≤ 24δ
b
: hợp kim nhôm
*) Dầm 2 thành (dầm hình hộp):
Khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 tấm thành dầm hình hộp xác đònh từ điều kiện để hàn được
các vách ngăn bên trong. Khoảng cách này phụ thuộc vào chiều cao dầm và thường chọn (300 ÷
500)mm với dầm chiều cao h = (800 ÷ 1500 mm.
B
0
≥ 300 mm
B
0
≤ (50 ÷ 60)δ
b
: dầm hàn
B
0
≤ (60 ÷ 70)δ
b
: dầm tán đinh
Phần nhô ra của tấm biên (phần chìa) so với tấm thành:

Hình 5.6 – Kích thước tấm biên của dầm tổ hợp.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

60≤
B
L
.
Với h – chiều cao dầm;
L – khẩu độ của dầm.

d) Trình tự chọn tiết diện dầm tổ hợp:
Bước 1
: Căn cứ mômen uốn tính toán M xác đònh môđun chống uốn yêu cầu của dầm:
[ ]
σ
M
W =
(PPƯSCP) (5.24)
Rm
M
W
k
.
= (PPTTGH) (5.25)
Bước 2
: Từ chiều cao dầm đã chọn h, xác đònh mômen quán tính chính của tiết diện:
2
h
WJ ⋅= (5.26)
Bước 3
: Căn cứ chiều dày tấm thành δ
t
lựa chọn (đối với dầm 2 thành là 2 δ

btb
⇒
4
.
2
h
FJ
bb
≈ (5.28)
Bước 5
: Từ đó xác đònh diện tích tiết diện tấm biên:
2
)(2
h
JJ
F
t
b
−
= (5.29)
Bước 6
: Sau khi chọn các kích thước của bản thép tấm biên xác đònh các kích thước sơ bộ
tấm biên, từ đó xác đònh được kích thước các phần tử riêng biệt của dầm (tấm biên, tấm thành)
và kích thước tiết diện dầm tổ hợp.
e) Kiểm tra bền dầm tổ hợp :
Tiết diện dầm tổ hợp tìm được sau khi tính toán và lựa chọn sơ bộ phải được kiểm tra lại
theo các điều kiện độ bền, độ cứng và độ ổn đònh.
– Điều kiện bền do mômen uốn:
[ ]
σσ