Giáo trình Cấu tạo thép - Chương 2: Liên kết bu lông

ờng độ cao + Bu lơng neo - Phân loại theo độ bền từ 4.6 – 10.9: + Số đầu x 10  fu (daN/mm 2) + Số đầu x số sau  fy (daN/mm 2) + Cơng trình thường nên dùng lớp độ bền 4.6, 4.8, 5.6 1. Cấu tạo chung của bu lông Trạng thái làm việc Ký hiệu Cấp độ bền 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400 Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500 Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2) - Dlỗ = d + (2 – 3 mm) - Rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ - Khi làm việc sẽ biến dạng nhiều  khơng dùng trong các cơng trình quan trọng cĩ fy > 3800 daN/cm 2 - Dùng làm việc chịu kéo, để định vị các cấu kiện khi lắp ghép 2. Bulông thô và bu lông thường - Dlỗ = d + 0.3 mm, tạo lỗ bằng khoan - Khe hở giữa bulơng và lỗ nhỏ  liên kết chặt, làm việc chịu cắt - Do tính phức tạp khi sản xuất và lắp đặt vào lỗ  ít dùng - Bu lơng tinh cĩ các lớp độ bền tương tự bu lơng thơ và thường 3. Bu lông tinh - Được làm từ thép hợp kim - Cường độ cao  cĩ thể vặn êcu rất chặt  Lực ma sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng - Dễ chế tạo, khả năng chịu lực lớn - Dùng rộng rãi, thay thế cho liên kết đinh tán trong các kết cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động 4. Bu lông cường độ cao II. SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULƠNG & KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BULƠNG 1. Sự làm việc của liên kết bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh 2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulơng cường độ cao 3. Sự làm việc của bulơng khi chịu kéo Các giai đoạn chịu lực: - Lực trượt < lực ma sát : các bản thép chưa bị trượt - Lực trượt > lực ma sát : các bản thép trượt tương đối với nhau - Lực trượt truyền qua liên kết = sự ép của thân bulơng lên thành lỗ  Thân bulơng chịu cắt, uốn và kéo 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh - Lực trượt tăng  Liên kết làm việc trong giai đoạn dẻo Phá hoại do cắt ngang thân đinh Phá hoại do lực ép mặt trên thành lỗ Phá hoại do cắt và do ép mặt 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh a. Khả năng làm việc chịu cắt của bulơng: [N]vb = fvb  b  A  nv - fvb : cường độ tính tốn chịu cắt của vật liệu bu lơng - b : hệ số điều kiện làm việc liên kết bulơng - A : diện tích tiết diện ngang thân bulơng – phần khơng bị ren - nv : số lượng mặt cắt tính tốn của bulơng 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh Trạng thái làm việc Ký hiệu Cấp độ bền 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400 Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500 Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2) d 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48 Bước ren 2 2,5 2,5 2,5 3 3 3,5 4 4,5 5 A 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,72 7,06 10,17 13,85 18,09 Abn 1,57 1,92 2,45 3,03 3,52 4,59 5,60 8,16 11,20 14,72 Diện tích tiết diện của bulơng A, Abn (cm 2) b. Khả năng làm việc chịu ép mặt của bulơng: [N]cb = d  (t)min  fcb  b - (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía - fcb : cường độ ép mặt tính tốn của bulơng - d : đường kính thân bu lơng 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh 1. Sự làm việc của lk bulơng thơ, bulơng thường và bulơng tinh Giới hạn bền kéo đứt của thép cấu kiện được liên kết Cường độ tính tốn chịu ép mặt fcb (N/mm2) của BL BL tinh BL thơ và thường 340 435 395 380 515 465 400 560 505 420 600 540 440 650 585 450 675 605 480 745 670 500 795 710 520 850 760 540 905 805 Khả năng chịu trượt của 1 bulơng: [N]cb = fhb  Abn  b1 (b2)min nf • fhb : cường độ chịu kéo tính tốn vật liệu bu lơng, fhb=0,7fub • Abn : diện tích thực thân bu lơng • b1 : hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lơng •  : hệ số ma sát • b2 : hệ số độ tin cậy • nf : số lượng mặt phẳng tính tốn 2. Sự làm việc của lk bulơng cường độ cao - Bulơng chịu kéo khi ngoại lực tác dụng cĩ phương // bulơng: [N]tb = Abn ftb - Abn : diện tích thực của tiết diện thân bu lơng - ftb : cường độ tính tốn của vật liệu bu lơng khi chịu kéo 3. Sự làm việc của lk bulơng khi chịu kéo III. CẤU TẠO LIÊN KẾT BULƠNG 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng 2. Bố trí bulơng + Liên kết đối đầu cĩ bản ghép + Liên kết ghép chồng 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với Thép Tấm: + Liên kết đối đầu cĩ 2 bản ghép hay 1 bản ghép + Liên kết ghép chồng Đối xứng  truyền lực Tốt LỆCH TÂM  số BL cần tăng 10% Số bulơng phía bản đệm tăng 10% 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với Thép Hình – LK đối đầu: + Nối bằng các Bản Ghép + Nối bằng Thép Gĩc Thép hình cứng, độ lệch tâm ít ảnh hưởng  KHƠNG CẦN TĂNG SỐ BULƠNG 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Đối với thép hình - Liên kết CHỒNG + Đối xứng: làm việc tốt hơn + Khơng đối xứng: cấu kiện mềm  tăng 10% số lượng BL 1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulơng Quy ước: + Đường Đinh: các BL trên 1 đường thẳng + DÃY ĐINH: song song lực + HÀNG ĐINH: vuơng gĩc lực + BƯỚC ĐINH: khoảng cách 2 BL trên đường đinh Bố trí song song Bố trí so le Hàng đinh 2. Bố trí bulơng - Khoảng cách min nhằm: + Đảm bảo độ bền của bản thép + Đảm bảo khơng gian tối thiểu để vặn êcu Đối với các liên kết chịu lực, nên bố trí theo kcách MIN để gọn, tiết kiệm 2. Bố trí bulơng - Khoảng cách max: + Đảm bảo độ ổn định của bản thép (đối với cấu kiện chịu nén) + Đảm bảo độ chặt của liên kết, tránh khơng cho nước, hơi, bụi bẩn lọt vào trong liên kết gây ăn mịn thép. 2. Bố trí bulơng - Đối với thép Hình, vị trí các dãy bulơng (a, a1, a2, n) được quy định sẵn theo kích thước tương ứng của từng loại thép hình 2. Bố trí bulơng IV. TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục 2. Tính tốn liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt 3. Ký hiệu bulơng, đinh tán trên bản vẽ Chọn đường kính BL và kích thước các bản ghép: - Trong cùng 1 cấu kiện, chỉ nên dùng 1 loại đường kính bulơng - Chọn bulơng theo cơng trình: + Thơng thường: d = 20 – 24mm + Nặng: d = 24 – 30 mm - Chọn bản ghép sao cho: Abg  A 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục Tính tốn số lượng bulơng: a) Đối với bulơng thơ, thường và tinh (chịu CẮT và ÉP MẶT) : + Số lượng bulơng cần thiết được tính theo: trong đĩ: [N]minb = min ([N]vb, [N]cb) - [N]vb : cường độ chịu cắt của bu lơng - [N]cb : cường độ chịu ép mặt của bu lơng 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục   min cb N n N   + Kiểm tra cấu kiện cơ bản bị giảm yếu do lỗ bulơng: trong đĩ : An - diện tích tiết diện thực của bản thép bl - hệ số điều kiện làm việc, cho phép kể sự làm việc dẻo của liên kết * Đối với dầm đặc, cột và các bản nối : bl = 1,1 * Đối với kết cấu thanh của mái và sàn: bl = 1,05 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục bl c n N f A   + Tính tốn diện tích thực giảm yếu do lỗ bulơng: An = A – A1 trong đĩ : A1 = Max (A 1,5 1, A 1,2,3,4,5 1 – ns 2t/4u) 1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục b) Đối với bulơng chịu kéo + Số lượng bulơng cần thiết được tính theo: [N]tb : khả năng chịu kéo bu lơng + Kiểm tra bền bản thép bị giảm yếu do lỗ bulơng   ctb N n N   1. Tính liên kết bulơng chịu lực dọc trục DÃY H À N G 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt - Giả thiết gần đúng: trong đĩ: Ni – lực tác dụng lên dãy đinh thứ i Li – cánh tay địn của các cặp ngẫu lực Ni 1 1 2 2 ... ...i i i iM N L N L N L N L     - Các lực Ni cĩ thể được tính qua N1 : - Từ đĩ xác định được lực lớn nhất N1: 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt max 1 max 2 i ML N N L    1 i i i N L N L   2 2 21 1 2 1 ... ...i N M L L L L          - Lực lớn nhất tác dụng lên 1 bulơng do M gây ra: 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt max 2blM i ML N m L   - Điều kiện bền: [N]minb = min ([N]vb, [N]cb) [N]minb = [N]b : BL cường độ cao [N]vb = fvb  b  A  nv [N]cb = d (t)min fcb  b [N]b = fhb  Abn  b1 (b2)min nf 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt  max2 min 1 blM cb ML N N m L    - Liên kết bulơng chịu Q: trong đĩ: n – số lượng bulơng trên một nửa liên kết - Kiểm tra bền liên kết bulơng chịu đồng thời cả M và Q: 2. Tính liên kết bulơng chịu mơmen và lực cắt blQ Q N n   2 2 minbl blM blQ cb N N N N    Trạng thái chịu lực Bulơng Cắt [N]vb = fvb  b  A  nv Ép mặt [N]cb = d (t)min fcb  b Kéo [N]tb = Abn ftb Khả năng chịu lực của 1 bulơng - fvb : cường độ tính tốn chịu cắt của vật liệu BL - b : hệ số điều kiện làm việc liên kết BL - A : diện tích tiết diện ngang thân BL – phần khơng bị ren - nv : số lượng mặt cắt tính tốn của BL - (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía - fcb : cường độ ép mặt tính tốn của BL - d : đường kính thân bu lơng - Abn : diện tích thực của tiết diện thân BL - ftb : cường độ tính tốn của vật liệu BL khi chịu kéo N M Q N N N n  maxN MN N N  2 2 maxQ MN N N  Kéo (hoặc nén), uốn và cắt (N, M, Q) Kéo (hoặc nén) lệch tâm (M và N) Uốn và cắt (M và Q) max max 2M i ML N m L   Q Q N n  n – số BL ở 1 phía LK Nbl ≤ [N]blc   22 maxQ M NN N N N   Ví dụ: Thiết kế đầu nối 2 mép bản thép cĩ tiết diện 260x14mm, chịu lực kéo N=500kN, dùng BL thơ nhĩm 4.6, thép CCT34 Chọn BL thơ, đường kính d = 20mm, cĩ Abl = 3,14cm 2; fvb=1500daN/cm 2; fu = 3400daN/cm 2 Chọn hai bản ghép, mỗi bản dày Diện tích hai bản ghép: Diện tích tiết diện thép cơ bản:  bản ghép đủ bền Khả năng chịu cắt của BL: 8bg mm  22 2.26.0,8 41,6bgA cm  2 2 2 26.1, 4 36, 4 2 41,6 36, 4bg A cm A cm A cm        . . . 1500.0,9.3,14.2 8478vb b b vvbN f A n daN   Xác định khả năng chịu ép mặt của BL: Lấy n=6 bulong Kiểm tra bền bản thép giảm yếu:  Bản thép đủ bền       min min ( ) . . 2.1, 4.3950.0,9 9954 8478 cb bcb b vb N d f daN N N daN          min 50000 5,9 8478.1cb N n N       50000 1840,9 2100.1,1 2310 26 3.2,2 .1,4 b c n N f daN daN A        - Đinh tán : 1 đoạn thép trịn, 1 đầu được tạo mũ sẵn, đầu kia được tán thành mũ khi đã lắp đinh vào liên kết LIÊN KẾT ĐINH TÁN