BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG
GIẢNG VIÊN: PHẠM XUÂN TÙNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN
KẾT CẤU THÉP 1
1
CHƯƠNG 1:
ĐẠI CƯƠNG VỀ
KẾT CẤU THÉP
ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA
KẾT CẤU THÉP
Ưu điểm:
phải được bọc bằng lớp chịu lửa (bê tông, tấm gốm,
sơn phòng lửa…)
PHẠM VI VÀ ỨNG DỤNG
Nhà công nghệp
Nhà nhịp lớn
Khung nhà nhiều tầng
Cầu đường bộ, cầu đường sắt
Kết cấu tháp cao
Kêt cấu bản
Các loại kết cấu di động
2
3
YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP
Yêu cầu về sử dụng:
Thão mãn các yêu cầu về chịu lực đề ra do điều kiện
sử dụng: kết cấu phải an toàn: đủ độ bền, độ cứng, đủ
sức chịu mọi tải trọng sử dụng.
Đảm bảo độ bền lâu thích đáng của công trình: kết
cấu phải được cấu tạo sao cho tiện bảo dưỡng, tiện
kiểm tra và sơn bảo vệ.
cacbon thấp. Thép xây dựng là loại thép cacbon thấp
với hàm lượng cacbon dưới 0.22%.
Thép hợp kim: thành phần có thêm các kim loại khác
như crôm (Cr), kền (Ni), mangan (Mn),… nhằm nâng
cao chất lượng thép như tăng độ bên, tăng tính chống gỉ.
Thép dùng trong xây dựng là thép hợp kim thấp có tỉ lệ
tổng các nguyên tố phụ thêm dưới 2.5%.
4
2
Theo phương pháp luyện thép
Luyện bằng lò quay: là 1 cái bầu, quay xung quanh
1 trục nằm ngang. Không khí được thổi vào để khử
các hợp chất của gang. Phương pháp này có năng
suất cao, nhưng chất lượng thép không tốt vì nitơ
trong không khí làm thép dòn,và không thể khử
hết phôtpho là thành phần có hại. Phương pháp
luyện lò quay tiên tiến thổi oxy và trộn thêm bột
vôi để khử phôtpho. Thép sản xuất bằng phương
pháp này có chất lượng tương đương thép lò bằng
nhưng rẻ hơn vì năng suất cao.
Luyện bằng lò bằng: năng suất thấp, giá thành cao.
Các hợp chất trong gang đều được khử hết, cấu
trúc thuần nhất nên chất lượng tốt. Thành phần
thép có thể điều chỉnh trong quá trình luyện.
Theo mức độ khử oxy
chính là sắt và cacbon còn có các thành phần phụ
Mangan (Mn): tăng cường độ và độ dai của thép,
làm giảm ảnh hưởng có hại của lưu huỳnh. Nếu
lượng Mn lớn quá 1.5% thép trở nên giòn.
Silic (Si): là chất khử oxy. Làm tăng cường độ của
thép nhưng làm giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn.
Không cho quá 0.3% đối với thép cacbon thấp.
Phôtpho (P): làm giảm tính dẻo và độ dai va chạm
của thép. Đồng thời làm thép trở nên giòn nguội.
Lưu huỳnh (S): làm thép dòn nóng nên dễ bị nứt
khi hàn và rèn.
Khí nitơ (N), oxy (O2): làm thép bị giòn, giảm
cường độ thép.
Ngoài ra còn có đồng (Cu), kền (Ni), crôm (Cr), titan
(Ti), vanađi (V), molipden (Mo)… làm tăng tính năng
cơ học, tăng độ bền chống gỉ của thép.
6
4
Số hiệu thép xây dựng
Thép cacbon cường độ thấp
Gồm 2 loại chính: thép cacbon thông thường với hàm
lượng cacbon từ 0.14%0.22%, là loại thép sôi hoặc
Sự làm việc chịu kéo của thép
Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi kéo
Kép 1 mẩu thép mác CCT38. Đồ thị quan hệ
giữ ứng suất và biến dạng tỉ đối thể hiện qua
biểu đồ sau.
Trục tung biểu thị ứng suất kN/cm2, trục
hoành biểu thị biến dạng tỉ đối %, là độ dãn
dài ứng với từng cấp tải trọng.
8
6
Đường công biểu đồ gồm các đoạn sau
Đoạn OA, tương ứng với ứng suất từ 0 đến khoảng
2000 daN/cm2, là 1 đoạn thẳng. Giai đoạn này, ứng
suất và biến dạng có quan hệ tuyến tính , trong đó
môđun đàn hồi E là hệ số góc của đường thằng OA. E
= 2.06x106 daN/cm2. Giai đoạn này gọi là giai đoạn tỉ
lệ, ứng suất tại A gọi là giới hạn tỉ lệ .
Bên trên điểm A một chút là điểm A’, đường thẳng
hơi cong đi, không còn giai đoạn tỉ lệ nữa, nhưng thép
vẫn làm việc đàn hồi. Ứng suất tương ứng với điểm A’
gọi là giới hạn đàn hồi đh. Thực tế đh khác rất ít với ,
nên nhiều khi người ta đồng nhất 2 giai đoạn làm việc
này.
Đoạn A’B, là 1 đường cong, thép không còn làm việc
Giới hạn bền , là cường độ tức thời của thép, xác định
1 vùng an toàn dự trữ giữa trạng thái làm việc và
trạng thái phá hoại. Đối với thép không có thềm chảy
giới hạn chảy thì là giá trị giới hạn cho ứng suất làm
việc kể thêm hệ số an toàn. Với thép có thềm chảy, khi
thép có biến dạng lớn, người ta có thể lấy ứng suất
làm việc vượt qua và bằng giới hạn bền chia cho hệ
số an toàn.
Biến dạng khi đứt , đặc trưng cho độ dẻo và độ dai
của thép. Đối với thps cacbon thấy rất lớn, tới 200 lần
biến dạng khi làm việc đàn hồi. Kết cấu thép có 1
lượng dự trữ an toàn lớn nên có thể nói kết cấu thép
không bao giờ bị phá hoại ở trạng thái dẻo. Chỉ có thể
có phá hoại kết cấu khi thép đã chuyển thành giòn.
10
8
Sự phá hoại dòn của thép
Hiện tượng cứng nguội
Là hiện tượng tăng tính giòn của thép sau khi bị biến
dạng dẻo ở nhiệt độ thường.
Thép chịu trạng thái ứng suất phức tạp – tập trung ứng
suất
Trường hợp hay gặp nhất của trạng thái ứng suất
phức tạp là trường hợp ứng suất cục bộ, gây nên bởi
các biến đổi đột ngột của hình dạng cấu kiện (khóet
lỗ, rãnh cắt), đường lực sẽ không còn song song đều
đặn, mà uốn cong xung quanh chỗ cắt. Đường lực tập
QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG
XÂY DỰNG
THÉP HÌNH
Thép góc
Có 2 loại:
Thép góc đều cạnh: ký hiệu B×B×d (mm) (B: bề rộng
cánh, d: bề dày cánh).
Thép góc không đều cạnh: ký hiệu B×b×d (mm) (B,b: bề
rộng cánh, d: bề dày cánh).
Thép chữ I
Gồm 23 loại tiết diện, chiều cao 100 - 600 mm. Chiều
dài từ 4 đến 13m. Thép chữ I được dùng chủ yếu chịu
uốn, độ cứng theo trục x rất lớn so với phương trục y
12
10
Thép chữ [
Gồm có 22 loại tiết diện. Thép chữ [ có một mặt bụng
phẳng và các cánh vươn rộng nên tiện liên kết với các
cấu kiện khác. Thép chữ [ được dùng làm dầm chịu uốn,
đặc biệt hay dùng làm xà gồ mái, chịu uốn xiên.
Các loại thép hình khác
Ngoài 3 loại chính vừa nêu, trên thực tế xây dựng, còn
dùng nhiều loại tiết diện khác, thích hợp cho từng công
dụng riêng.
Dưới tác dụng của dòng điện, xuất hiện hồ quang
điện (lên tới 2000
0
C) giữa 2 cực là kim loại cần
hàn (thép cơ bản) và que hàn làm nóng chảy mép
của thép cơ bản và que hàn.
Kim loại que hàn chảy thành từng giọt rơi xuống
rãnh hàn do lực hút điện trường.
Hai kim loại lỏng hòa trộn lẫn vào nhau, nguội lại
tạo thành đường hàn
b) Que hàn:
Que hàn lõi kim loại có thuốc bọc
Tạo lớp xỉ cách ly không khí xung quanh với
kim loại lỏng.
Tăng cường ion hóa không khí giúp hồ quang
điện được ổn định.
Tăng độ bền đường hàn
15
3
2. Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động
dưới lớp thuốc hàn
Hình 3.2 Sơ đồ hàn hồ quang điện tự động
a) Nguyên lý:
Giống hàn tay, chỉ khác là que hàn bọc thuốc
thay bằng cuộn dây hàn trần và quá trình hàn
thực hiện bằng máy tự động.
Thuốc hàn được rải trước thành lớp trên rãnh
C) làm nóng chảy kim loại
cần hàn và thanh kim loại phụ (thay que hàn để
lấp đầy rãnh hàn)
5. Các yêu cầu chính khi hàn và phương pháp
kiểm tra chất lượng đường hàn
a) Các yêu cầu chính khi hàn
Làm sạch gỉ trên mặt rãnh hàn.
Cường độ dòng điện thích hợp.
Đảm bảo các quy định về gia công mép bản
thép.
Có phương án phòng ngừa biến hình hàn
Chọn que hàn phù hợp
18
6
b) Các phương pháp kiểm tra chất lượng đường
hàn
Kiểm tra bằng mắt những sai sót bên ngoài
như: đường hàn không đều, lồi lõm, nứt rạn
Dùng các phương pháp vật lý để kiểm tra như:
điện từ. Quang tuyến, sóng siêu âm Cho kết
quả chính xác dùng cho các loại công trình
đặc biệt
2.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG HÀN VÀ CƯỜNG
Khi chịu nén f
wc
= f
Khi chịu kéo, dùng các phương pháp vật lý
kiểm tra f
wc
= f, dùng các phương pháp thông
thường f
wc
= 0.85f
Khi chịu cắt f
wv
= f
v
a) Đường hàn góc
Nằm ở góc vuông tạo bởi 2 cấu kiện.
Đường hàn nằm ở khe hở nhỏ giữa 2 cấu kiện
cần đặt đối đầu nhau. Khe hở này có tác dụng
để các chi tiết hàn biến dạng tự do
Hình 3.4 Đường hàn góc
21
9
Đường hàn góc cạnh là đường hàn góc song
song với phương của lực tác dụng.
Đường hàn góc đầu là đường hàn góc vuông
góc với phương của lực tác dụng.
Chịu đồng thời cắt, kéo, uốn.
Trong tính toán chỉ coi như chịu cắt và phá
hoại theo1 trong 2 tiết diện như đường hàn
góc
Cường độ tính toán đường hàn góc
Ứng với tiết diện 1 cường độ tính toán của
đường hàn f
wf
phụ thuộc vào vật liệu que hàn
tra bảng 2.4/60
Ứng với tiết diện 2 cường độ tính toán của
đường hàn f
ws
= 0.45f
u
(f
u
là cường độ tức thời
tiêu chuẩn của thép cơ bản tra phụ lục I bảng
I.1/285)
23
11
2. Các cách phân loại đường hàn khác
Công dụng: chịu lực và không chịu lực
Dùng để nối các thép bản, ít dùng để liên kết
thép hình vì khó gia công mép
24
Copyright: Tài liệu đại học ©