ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRỊNH HỒNG VI

KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN HOẶC KÉO XOẮN
ĐỒNG THỜI CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN DÙNG
MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG - NĂM 2017
1


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----  ----

TRỊNH HỒNG VI

KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN HOẶC KÉO XOẮN
ĐỒNG THỜI CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN DÙNG
MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số:60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. LÊ ANH TUẤN

ng tr nh nghi n ứu ủ ri ng t i Cá số liệu

kết quả n u trong lu n v n l trung th
ứ

v

hƣ từng ƣợ

i

ng bố trong bất

ng tr nh n o khá
Ngƣời

m o n

Trịnh Hồng Vi


KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN HOẶC KÉO XOẮN ĐỒNG THỜI
CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN DÙNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG

Họ vi n: TRỊNH HỒNG VI Chuy n ng nh: X y D ng DD&CN
Mã số: 60 58 02 08 Kh :K31Trƣờng Đ i họ Bá h kho - ĐHĐN
Tóm tắt – Việ nghi n ứu về s l m việ ồng thời ủ bu lông, mặt b h và
ống th p hƣ
những s


Lu n v n nhằm ƣ r mối qu n hệ giữ l
Bu lông v kiến nghị n n ho tỉ lệ giữ k h thƣ

k o trong ấu kiện v k o ọ trong
giữ

ƣờng k nh th n bu lông bề

y bản th p v ống th p ể ảm bảo kết ấu l m việ tốt v tiết kiệm v t liệu
Từ khóa– Mặt bích; L

k o trong bu lông; Mối nối hịu l

k o xoắn ồng

thời; Li n kết trƣợt m sát
SURVEY THE WORK SUBJECT TO TWISTING OR PULLING TWISTING
AT THE SAME TIME OF THE ROUND STEEL PIPE CONNECTION USE THE
FLANGE AND BOLTS

Abstract- Survey of work at the time of Bolts, Flange and steel pipe have not
been mentioned much. so that in fact did happen the destructive incidents in this
connect, many causes is not considering the effect pf the load at the same time that just
the simple effects element.
Depending on the ratio of the size of Bolt, Flange and steel pipe, We have three
models destroy: Flange, steel pipe are too thick, destroy happened in Bolts; Flange,
steel pipe are too thin, destroy happened in Flange or steel pipe; destroy at the same
time in Bolts, Flange and steel pipe.
The article aims to bring out the relationship between the tension in steel pipe and
pulling along in the Bolts and recommendations should choose the ratio of the size

1 3 Sơ lƣợ về mối nối ống th p tròn sử ụng mặt b h và Bu lông ........................ 13
CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA LIÊN KẾT T-SUB CỦA
MỘT SỐ TÁC GIẢ .......................................................................................................15
2 1 M h nh phá hủy o Petersen ề xuất .................................................................15
2 2 M h nh ủ Sei el ............................................................................................. 16
2 3 M h nh ƣờng 3 o n ủ S hmit -Neuper ..................................................... 17
2 4 Ứng xử ủ Bu lông hịu trƣợt ...........................................................................20
2 4 1 Thiết kế khả n ng hịu l

ủ li n kết bu lông hịu l

trƣợt m sát .......20

2 4 2 M h nh tr ng thái phá hủy .........................................................................21
CHƢƠNG III MÔ HÌNH MỘT SỐ TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ XÉT ỨNG SỬ CỦA
BU LÔNG, MẶT BÍCH VÀ ỐNG THÉP KHI CHỊU KÉO, XOẮN, KÉO XOẮN
ĐỒNG THỜI .................................................................................................................23
3 1 M phỏng m h nh phần tử hữu h n ..................................................................23
3 1 1 Lo i bu lông .................................................................................................23
3 1 2 Lo i phần tử .................................................................................................23


3 2 M phỏng m h nh li n kết một bu lông và mặt b h (phần tử

ng L) ............24

3 3 M phỏng m h nh li n kết ống th p bằng mặt b h và Bu lông ....................... 30
3 3 1 M phỏng m u 1 k h thƣ

165 2x4 hịu k o k o xoắn ồng thời ...........31


2.1

Hệ số ks

22

2.2.

Hệ số m sát 

23

3.1.

Đặ trƣng v t liệu

27

3.2.

Đặ trƣng h nh

31

3.3.

Hằng số

3.4.


Bu lông móng

11

1.4.

Cá lo i li n kết ối ầu

11

1.5.

Li n kết th p h nh bằng Bu lông

12

1.6.

Bố tr Bu lông

13

1.7.

S l m việ

14

1.8.


2.2.

Qu n hệ phi tuyến giữ ngo i l

18

2.3.

m v o ột nối ống th p bằng Bu lông

9

ủ li n kết Bu lông

Biểu ồ qu n hệ giữ l

o

10

15
15

v l

k ov l

ọ trong bu lông
ọ trong bu lông do


3.4.

Đặ trƣng v t liệu ủ bu lông v ống th p

27

3.5.

M h nh hữ L

28

3.6.

Điều kiện bi n ủ

3.7.
3.8.

ủ

Qu n hệ giữ l

21
ấu kiện hịu trƣợt m sát

24

ấu kiện


3.11.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 1

36

3.12.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 2

36

3.13.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 3

37

3.14.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 4

37

3.15.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p 4 trƣờng hợp

38


3.21.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 1

44

3.22.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 2

44

3.23.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 3

45

3.24.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 1

46

3.25.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 2

46


3.31.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 4

50

3.32.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p 4 trƣờng hợp

51

3.33.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 1

53

3.34.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 2

53

3.35.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông và Mặt b h trƣờng hợp 3

54


56

3.40.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trong 4 trƣờng hợp

57

3.41.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 1

59

3.42.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 2

59

3.43.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 3

60

3.44.

Biểu ồ ứng suất trong Bu lông v ống th p trƣờng hợp 4


ổ)

Để t o r những khẩu ộ l n áp ứng từng y u ầu th á ống th p n y ƣợ
nối l i v i nh u Hiện nay phƣơng pháp nối bằng mặt b h sử ụng bu lông ƣờng ộ
o ƣợ áp ụng rộng rãi Tuy nhi n việ nghi n ứu về s l m việ ồng thời ủ bu
lông, mặt b h v ống th p hƣ ƣợ ề p nhiều trong á thiết kế. Do
trong
th tế ã xảy r những s ố phá ho i t i li n kết n y nhiều nguy n nh n l o hƣ


2
x t tá ụng ồng thời ủ tải trọng m hỉ x t á yếu tố tá ụng ơn thuần v s
t nh toán hƣ thấu áo á li n kết n y ng y ả trong t i liệu quy huẩn về thiết kế
mối nối ối ầu ống th p tròn bằng mặt b h Eurocode 3(1-8) hoặ AISC v n hỉ nhắ
ến t nh toán v khảo sát ấu kiện n y một á h sơ s i

Một số h nh ảnh s p ổ ủ

ần trụ tháp v tháp truyền h nh

Để giải quyết vấn ề m phỏng s l m việ ủ mối nối n y khi hịu tá ụng ủ
ồng thời á tải trọng lu n v n sử ụng phần mềm Abaqus. Abaqus l phần mềm
huy n về t nh toán m phỏng
ng ủ hãng Simulia thuộ t p o n D ss ult
Systeme (Pháp) l một bộ phần mền l n ùng ể m phỏng công trình, kết ấu
tr n phƣơng pháp phần tử hữu h n ph m vi giải quyết vấn ề ủ n từ ph n t h
tuyến t nh tƣơng ối ơn giản ến vấn ề m phỏng phi tuyến phứ t p Abaqus có
kho phần tử phong phú
thể m phỏng h nh ng bất kỳ Đồng thời kho m h nh v t

y mặt b h v

hiều

y ống th p

+ Đƣờng k nh bu lông v

hiều

y ống th p

- D v kết quả ủ qui lu t ứng xử ủ mối nối ống th p bằng bu lông và
mặt b h ngo i thiết l p ơ sở t nh toán thiết kế mối nối n y trong trƣờng hợp hịu
xoắn k o xoắn ồng thời
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tƣợng nghi n ứu hƣ ng ến ủ ề t i l li n kết ấu ầu ống th p tròn
bằng bu lông và mặt b h ngo i trong th nh bi n ủ kết ấu tháp th p ( M phỏng
FEM) Đề t i qu n t m ến ối tƣợng ụ thể s u:
+ Đƣờng k nh bu lông v

hiều

y mặt b h.

+ Chiều


4

TT

Đƣờng kính ống
dixti (mmxmm)

1
2
3

165.2x4 (M u nhỏ)
267.4x6.0 (M u trung)
355.6x9.5 (M u l n)

Chiều
dày
mặt
bích
tf
(mm)
16
25
32

Đƣờng kính
Bu lông
(mm)


4. Nội dung nghiên cứu:
- M phỏng FEM v i li n kết cho 1 bu lông và mặt b h (tứ l ắt r 1 phần
li n kết hứ hỉ 1 bu lông và mặt b h) tƣơng ứng ng h nh L. Khảo sát s l m việ
ủ bu lông và mặt b h ƣ i tá ụng ủ l k o; Đối hiếu so sánh á kết quả thu
ƣợ v i á nghi n ứu trƣ ( M h nh ơ hế phá hủy ủ Petersen mối li n hệ
phi tuyến ủ l
ọ trong bu lông và l k o trong ống th p ủ Sei el ); Nhằm
khẳng ịnh t nh úng ắn t nh úng ắn ủ m h nh
- Khảo sát s l m việ trong kết ấu ầy ủ ƣ i á
giản ến phứ t p ( xoắn thuần túy v k o xoắn ồng thời);

iều kiện hịu l

từ ơn

- Đề xuất hỉ n á quy tr nh thiết kế Kiến nghị á tỉ lệ k h thƣ hợp lý
ủ á th ng số li n kết ( Tỉ lệ giữ ƣờng k nh bu lông v hiều y bản mã hiều
y bản mã v hiều y ống th p).
5. Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Phƣơng pháp mô phỏng FEM.
+ M phỏng FEM li n kết ủ một bu lông ri ng lẽ ƣợ tá h r từ li n kết
ủ mối nối ( sơ ồ giống nhƣ 2 th p hữ L li n kết bởi 1 Bu lông)


5

M h nh li n kết ơn lẽ ủ một v mặt bích

ng L


ềt i

3 Đối tƣợng v ph m vi nghi n ứu
4 Nội ung nghi n ứu
5 Phƣơng pháp nghi n ứu
Chƣơng 1: Tổng quan về liên kết Bu lông
1.1 Gi i thiệu về bu lông v li n kết bu lông
1 2 S l m việ

ủ li n kết bằng bu lông v khả n ng hịu l

ủ bu lông

1.3 Sơ lƣợ về mối nối ống th p tròn sử ụng mặt b h và bu lông
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính toán của liên kết T-stub của một số tác giả
2 1 M h nh phá hủy ủ Petersen
2 2 M h nh ủ Sei el
2 3 M h nh ƣờng 3 o n ủ S hmit -Neuper
Chƣơng 3: Mô hình một số trƣờng hợp cụ thể để xét ứng sử của bu lông, mặt bích
và ống thép khi chịu xoắn hoặc kéo xoắn đồng thời
3 1 M phỏng m h nh phần tử hữu h n
3 2 M phỏng m h nh li n kết một bu lông và mặt b h (phần tử ng L)
3 2 1 Li n kết k o
3 2 2 Tổng hợp nh n x t
3 3 M phỏng m h nh li n kết ống th p bằng mặt b h và Bu lông
3 3 1 Li n kết hịu kéo
3.3.2 Li n kết hịu k o xoắn ồng thời
3.3.3 Tổng hợp nh n x t
3 4 Đề xuất quy tr nh thiết kế ho li n kết li n kết ống th p bằng mặt b h và bu
lông hịu xoắn k o xoắn ồng thời

tiền hế ũng sử ụng lo i n y Lo i n y
ƣu iểm rẻ ễ gi
ng hế t o nhƣng
nhƣợ iểm l ộ bền trong m i trƣờng kh ng o ễ h n gỉ
 Bu lông ƣợ hế t o từ th p kh ng gỉ ( INOX): Đ y l lo i bu lông
khả
n ng hống n mòn h họ h y n mòn iện h từ m i trƣờng Cá lo i Inox thƣờng
dùng là INOX 201, INOX 304, INOX 316, INOX 316L
 Bu lông ƣợ hế t o từ á kim lo i m u hợp kim m u: Đồng nh m
kẽm: Lo i bu lông n y ƣợ sản xuất từ hủ yểu ể áp ứng nhu ầu ủ á ng nh
ng nghiệp ặ thù: ng nh iện hế t o máy b y sản xuất …
1.1.2.2 Phân loại theo đặc tính chống ăn mòn
Vì bu lông ƣợ ùng ể li n kết á ấu kiện l i v i nh u n n ảm bảo ộ bền
ủ bu lông hống l i s n mòn h n gỉ ủ thời tiết l rất qu n trọng Một hi ph
kh ng nhỏ trong ng nh hế t o bu lông là tìm ra các giải pháp ể bảo vệ bu lông hống


8
l i s phá hủy ủ thời tiết v m i trƣờng D v o ặ t nh n y bu lông
thể ph n
hi r á lo i:
 Bu lông thƣờng: Đƣợ
ùng ho bu lông m ng trong lắp ng nhà khung thép,
o phần l n th n bu lông nằm trong b t ng m ng nhằm mụ
h li n kết hệ kết ấu
b n tr n v i hệ kết ấu m ng bằng b t ng t th p ổ t i hỗ
 Bu lông en: ùng hủ yếu trong li n kết á
hi tiết máy ƣợ bảo vệ hống
h n giri bởi l p ầu mỡ
 Bu lông m kẽm iện ph n Bu lông m kẽm nhúng n ng: Dùng nhiều ho Bu


9
Bu lông neo: Đƣợ sử ụng ể li n kết hệ kết ấu b n tr n v i hệ kết ấu m ng
b t ng ốt th p Bu lông neo ƣợ ặt sẵn v o trong m ng trƣ khi ổ b t ng Bu
lông neo thƣờng ùng á lo i ƣờng k nh M22 trở l n

Hình 1.3. Bu lông móng
1.1.2.5 Phân loại theo cƣờng độ chịu lực của Bu lông ( cấp độ bền)
Tùy v o y u ầu khả n ng hịu l m ngƣời t sản xuất nhiều lo i Bu lông v i
á khả n ng hịu l khá nh u
V ụ ấp bền 4 6; ấp bền 5 8; ấp bền 6 5; ấp bền 8 8; ấp bền 10 9
1.1.3 Giới thiệu về liên kết Bu lông
Tùy cấu t o mà có liên kết ối ầu có bản ghép hoặc liên kết ghép chồng
1.1.3.1 Đối với thép tấm
Có thể dùng liên kết ối ầu có hai bản ghép (Hình 1.4a) hay có 1 bản ghép
(Hình 1.4b) hoặc dùng liên kết chồng (Hình 1.4c)

Hình 1.4. Các loại liên kết đối đầu
Liên kết có hai bản ghép ối xứng nên truyền l c tốt, liên kết có 1 bản ghép và
liên kết chồng có s lệch tâm nên chịu momen uốn phụ vì v y số bu lông cần t ng 10%
so v i tính toán.


10
Khi n i ối ầu hai bản thép có chiều dày khác nhau cần có thêm bản ệm số bu
lông có bản ệm cần t ng 10% so v i tính toán .
1.1.3.2 Đối với thép hình
Khi liên kết ối ầu á th p h nh ƣợc nối bằng các bảng ghép (Hình 1.5b,c,d)
và có thể nối bằng thép góc (Hình 1.5a).
Do thép hình cứng nên khi dùng một bản ghép không cần t ng số Bu lông v

 Gi i
i li
ho i
lông

o n 4: L trƣợt t ng tiếp ộ hặt ủ li n kết giảm ần l m sát yếu
n kết huyển s ng l m việ trong gi i o n ẻo Li n kết thể bị phá phá
o ắt ng ng th n inh hoặ ứt bản th p giữ h i lỗ bu lông hoặ từ lỗ bu
ến m p bản th p o áp l
p mặt tr n th nh lỗ g y r

Hình 1.7. Sự làm việc của liên kết Bu lông


12
1.2.1.2 Khả năng làm việc chịu cắt của bu lông
Khi ƣờng k nh bu lông nhỏ hiều
o ắt ngang thân.

y bản th p

y bu lông

thể bị phá ho i

Hình 1.8. Sự phá hoại cắt ngang thân Bu lông (phá hoại do cắt)
1.2.1.3 Khả năng làm việc ép mặt của Bu lông
Nếu khoảng á h giữa á lỗ bu lông hoặ từ lỗ bu lông ến m p bản th p quá
ngắn th bản th p thể bị phá ho i trƣợt ( ắt ứt th o một ƣờng trƣợt 2-3 ) do tác
ụng p mặt ủ bu lông l n th nh lỗ S p mặt n y ứng suất ụ bộ ph n bố ko

14
Trong lĩnh v

Tháp truyền h nh Cần trụ tháp .......

Ƣu iểm :
- Mặt ắt ng ng l h nh tròn ã ho thấy
l h nh ng tối ƣu nhất ể giảm
thiểu tá ộng ủ tải trọng gi tải trọng s ng h y nƣ tá ộng l n kết ấu ũng nhƣ
khả n ng hịu xoắn tốt
- C iện t h bề mặt nhỏ hơn so v i á kết ấu khá Điều n y l m ho hiệu
quả bảo vệ hống n mòn ủ kết ấu ùng ống th p tròn t ng l n áng kể o kh ng
g nhọn tr n bề mặt ủ kết ấu
- Do mặt ắt tiết iện rỗng n n kết ấu ống th p tròn
trọng lƣợng nhẹ hơn kết
ấu th p
á
ng mặt ắt khá


15
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA LIÊN KẾT T-SUB CỦA
MỘT SỐ TÁC GIẢ
2.1 Mô hình phá hủy do Petersen đề xuất
Petersen (1998) ã sử ụng nghi n ứu th nghiệm v o những vấn ề ần xem
x t tr n v ã rút r ƣợ kiến nghị D v o m h nh ng ã phát biểu rằng ộ mỏi
kh ng th s bị ảnh hƣởng bởi những vấn ề tr n
S phá hủy ủ li n kết th
thể xảy r ở bu lông ở bản mã hoặ xảy r ồng
thời ở bu lông v bản mã Đ ƣợ gọi l 3 m h nh phá hủy ủ Petersen (h nh 2 1)

biến ng xuất hiện trong m
h nh n y C nghĩ l l k o trong bản mã ảnh hƣởng tr tiếp ến bu l ng v khi l
ọc trong bu l ng vƣợt quá gi i h n ho ph p th li n kết bị phá ho i
M h nh phá hủy 2: L
ọ trong bu l ng
kh p ẻo ũng xuất hiện trong bản mã

t gi i h n ho ph p

ồng thời

M h nh phá hủy 3: Bản mã quá mỏng s phá ho i xảy r trong bản mã
+L

ọ trong bu lông:

TP ≤ FP

(2.1)

TP = Tsx(1+g/e)

(2.2)

+L

k o trong bản th p:

Ts< Tf