http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
59
Chương 3 CẤU KIỆN CHỊU KÉO
Cấu kiện chịu kéo thường gặp trong các khung ngang v à giằng dọc của hệ dầm cầu cũng
như trong các cầu giàn, cầu giàn vòm. Dây cáp và thanh treo trong c ầu treo và cầu dây
văng cũng là những cấu kiện chịu kéo.
Điều quan trọng là phải biết cấu kiện chịu kéo đ ược liên kết với các cấu kiện khác
trong kết cấu như thế nào. Nói chung, đây là các chi ti ết liên kết quyết định sức kháng của
một cấu kiện chịu kéo và chúng cần được đề cập trước tiên.
3.1 Các dạng liên kết
Có hai dạng liên kết cho các cấu kiện chịu kéo: li ên kết bu lông và liên kết hàn. Một liên
kết bu lông đơn giản giữa hai bản thép đ ược cho trong hình 3.1. Rõ ràng, lỗ bu lông gây
giảm yếu mặt cắt ngang nguy ên của cấu kiện. Lỗ bu lông c òn gây ứng suất tập trung ở
mép lỗ, ứng suất này có thể lớn gấp ba lần ứng suất đều ở một khoảng cách n ào đó đối với
mép lỗ (hình 3.1). Sự tập trung ứng suất xảy ra khi vật liệu l àm việc đàn hồi sẽ giảm đi ở
tải trọng lớn hơn do sự chảy dẻo.
Hình 3.1 Sự tập trung ứng suất cục bộ v à cắt trễ tại lỗ bu lông
Một mối nối đơn giản bằng hàn giữa hai bản thép được biểu diễn trên hình 3.2. Trong
liên kết hàn, mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện không bị giảm yếu. Tuy nhi ên, ứng suất
trong bản bị tập trung tại vị trí kề với đ ường hàn và chỉ trở nên đều đặn kể từ một khoảng
cách nào đó tới đường hàn.
Những sự tập trung ứng suất ở vị trí kề với li ên kết này là do một hiện tượng được
gọi là sự cắt trễ. Ở vùng gần với lỗ bu lông hoặc gần với đ ường hàn, ứng suất cắt phát
triển làm cho ứng suất kéo ở xa lỗ bu lông hoặc đ ường hàn giảm đi so với giá trị lớn h ơn
tại mép.
http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
60
Hình 3.2 Sự tập trung ứng suất cục bộ v à cắt trễ tại liên kết hàn
3.2 Sức kháng kéo

hệ số sức kháng chảy của c ấu kiện chịu kéo, lấy theo bảng 1.1
P
ny
sức kháng kéo chảy danh định trong mặt cắt nguy ên (N)
F
y
cường độ chảy của thép (MPa)
A
g
diện tích mặt cắt ngang nguy ên của cấu kiện (mm
2
)
Sức kháng đứt tính toán (có hệ số) đ ược xác định bởi
u nu u u e
P F A 
(3.2)
trong đó:
http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
61

u
hệ số sức kháng đứt của cấu kiện chịu kéo, lấy theo bảng 1.1
P
nu
sức kháng kéo đứt danh định trong mặt cắt giảm yếu (N)
F
u
cường độ chịu kéo của thép (MPa)
A

công thức gần đúng sau để xác định hệ số chiết giảm
1
x
U
L
 
 
 
 
(3.5)
trong đó, x là khoảng cách từ trọng tâm diện tích cấu kiện đ ược liên kết tới mặt phẳng
chịu cắt của liên kết. Nếu cấu kiện có hai mặt li ên kết đối xứng thì x được tính từ trọng
tâm của một nửa diện tích gần nhất. Đối với li ên kết bu lông một phần có ba bu lông hoặc
nhiều hơn trên mỗi hàng theo phương tác d ụng lực, hệ số U có thể được lấy bằng 0,85.
Hình 3.3 Cách xác định x
http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
62
Đối với liên kết hàn một phần của thép cán I v à T cắt từ I, được nối chỉ bằng đường
hàn ngang ở đầu
  1,0
e n n
A UA A
(3.6)
trong đó:
A
n
diện tích thực của cấu kiện đ ược liên kết (mm
2
)

  



  


+ Tiết diện chữ W (I cánh rộng) và T cắt ra từ nó, và bản bụng được liên kết bởi ít
nhất 4 bu lông trên mỗi hàng theo phương tác dụng của tải trọng thì:
U = 0,7
+ Thép hình khác được liên kết bởi ít nhất 4 bu lông trên mỗi hàng theo phương
tác dụng của tải trọng thì:
U = 0,8
+ Thép hình khác được liên kết bởi ít nhất 2 hoặc 3 bu lông trên mỗi hàng theo
phương tác dụng của tải trọng thì:
U = 0,6
VÍ DỤ 3.1
Hãy xác định diện tích thực hữu hiệu v à sức kháng kéo có hệ số của một thép góc
đơn chịu kéo L 152 x 102 x 12,7, đ ược hàn vào bản nút phẳng như trên hình 3.4. Sử dụng
thép công trình cấp 250.
http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
63
Hình 3.4 Thép góc đơn chịu kéo liên kết hàn với bản nút
Bài giải
Do chỉ một cánh của thép góc đ ược hàn, diện tích thực phải đ ược lấy giảm đi bởi hệ số U.
Sử dụng công thức 3.7 với L = 200 mm và W = 152 mm
200
152
L 

P F A   
Đáp số Sức kháng kéo có hệ số đ ược quyết định bởi sự chảy của mặt cắt nguy ên ở ngoài
liên kết và bằng 727 kN.
Diện tích thực Diện tích thực hay diện tích giảm yếu A
n
của một thanh chịu kéo là tổng
các tích số của bề dày t và bề rộng thực (bề rộng giảm yếu) nhỏ nhất w
n
của mỗi bộ phận
cấu kiện. Nếu liên kết bằng bu lông, diện tích thực lớn nhất đ ược tính với tất cả bu lông
trên một hàng đơn (hình 3.1). Đôi khi, sự hạn chế về khoảng cách đòi hỏi phải bố trí nhiều
hàng. Sự giảm diện tích mặt cắt ngang sẽ l à ít nhất khi bố trí bu lông so le (h ình 3.5). Bề
rộng thực được xác định cho mỗi đ ường qua lỗ trải ngang cấu kiện theo đ ường ngang,
đường chéo hoặc đường zic zắc. Cần xem xét mọi khả năng phá hoại có thể xảy ra v à sử
dụng trường hợp cho S
n
nhỏ nhất. Bề rộng thực đối với một đ ường ngang qua lỗ được tính
http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
64
bằng bề rộng nguyên trừ đi tổng bề rộng các lỗ v à cộng với giá trị s
2
/4g cho mỗi đường
chéo, tức là
2
4
n g
s
w w d
g

65
và theo đường abe
  241,3 1(24) 217,3 mm
n
w
Trường hợp thứ nhất l à quyết định, như vậy
  
2
12,7(196,0) 2519,7 mm
n n
A tw
Vì chỉ một cánh của thép góc đ ược liên kết, diện tích thực phải đ ược giảm đi bởi hệ số U.
Do có 3 bulông đượcbố trí trên một hàng theo phương tác dụng lực nên:
 0,85U
và từ công thức 3.3
  
2
0,85(2519,7) 2141,77 mm
e n
A UA
Sức kháng chảy có hệ số cũng đ ược tính như trong ví dụ 3.1
3
0,95(250)(3060) 727.10 N
y ny y y g
P F A   
Sức kháng đứt có hệ số được tính từ công thức 3.2:
   0,80(400)(2141,77) 685367, 4 N
u uy u u e
P F A
Đáp số Sức kháng kéo có hệ số đ ược quyết định bởi sự phá hoại (đứt) của mặt cắt giảm


 

 
     
 
 

http://www.ebook.edu.vn
Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
66
f
e
d
c
b
a
g
1
2
g
g
w
1
2
w
n(abefd) g hole g hole f hole w
g
g= g
2 4 2

 Không chịu ứng suất đổi dấu
200
Các thanh giằng
240