Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
1
Mô đun: TÍNH TOÁN KẾT CẤU HÀN
Mã số: MĐ 30
Thời gian thực hiện : 90 h (Lý thuyết: 30 h; Thực hành: 60 h)
MỤC TIÊU MÔ-ĐUN:
Mô đun này nhằm trang bị cho người học kiến thức về tính toán ,xác định ứng suất và
biến dạng sinh ra khi hàn các kết cấu,biết được các biến dạng sinh ra khi hàn,đồng thời
biết tính toán,thiết kế các kết cấu hàn đơn giản.
MỤC TIÊU THỰC HIỆN:
Học xong mô-đun này người học sẽ có khả năng:
- Nhận biết chín
38 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 20/02/2024 | Lượt xem: 139 | Lượt tải: 1
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
h xác các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn.
- Giải thích rõ công dụng của từng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn.
- Tính toán đúng vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn khi gia công các kết
- cấu hàn.
- Tính toán nghiệm bền cho các mối hàn đơn giản như: Mối hàn giáp mối, mối
- hàn góc, mối hàn hỗn hợp phù hợp với tải trọng của kết cấu hàn.
- Trình bày đầy đủ các bước tính ứng suất và biến dạng khi hàn.
- Vận dụng linh hoạt kiến thức tình toán kết cấu hàn vào thực tế sản xuất.
- Thực hiện được các nguyên tắc an toàn và vệ sinh phân xưởng.
NỘI DUNG CHÍNH
- Vật liệu chế tạo kết cấu hàn
- Tính độ bền của mối hàn
- Tính ứng suất và biến dạng khi hàn
- Tính toán kết cấu dầm trụ
- Tính toán kết cấu dàn, tấm vỏ
- Kiểm tra kết thúc mô đun
YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ-ĐUN
*)Về kiến thức:
Được đánh giá qua kiểm tra viết, kiểm tra vấn đáp đạt các yêu cầu sau:
- Liệt kê đầy đủ các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn.
- Tính toán chích xác vật liệu chế tạo kết cấu hàn.
- Trình bày rõ các công thức tính toán độ bền, ứng suất và biến dạng khi hàn.
- Giải đúng các bài toán nghiệm bền và tính ứng suất biến dạng khi hàn của các kết cấu
hàn đơn giản.
*)Về kỹ năng:
Được đánh giá qua bài kiểm tra thực hành, qua quá trình thực hiện, qua kiểm tra chất
lượng sản phẩm đạt các yêu cầu sau.
- Nhận biết đúng các loại vật liệu chế tạo các kết cấu hàn.
- Tra bảng, tính toán vật liệu hàn chính xác.
- Kiểm tra đánh giá đúng công việc tính toán các kết cấu hàn.
- Bố trí nơi làm việc gọn gàng khoa học, an toàn.
*)Về thái độ:
Được đánh giá trong quá trình học tập, bằng quan sát có bảng kiểm thang điểm đạt các
yêu cầu sau:
- Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc, có tinh thần
hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. Cẩn thận tỉ mỉ, chính xác trong công việc.
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
2
BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN
MÃ BÀI: MĐ-30-01
Vật liệu chế tạo kết cấu hàn là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng công trình
và là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình công nghệ,tính kinh tế của công
trình. Do vậy việc lựa chọn chế tạo kết cấu hợp lý sẽ mang lại tính hiệu quả kinh tế, kỹ
thuật to lớn. Đó là tiêu chí rất quan trọng.
I. NỘI DUNG CHÍNH :
1) Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn
Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu hàn gồm có:
Các loại thép các bon thấp:
Đây là loại vật liệu được sử dụng rất nhiều để chế tạo các loại kết cấu hàn, do loại
vật liệu này rất dễ hàn và mối hàn dễ đạt được chất lượng theo yêu cầu mà không
cần phải có những biện pháp công nghệ phức tạp nào. Trong thực tế thép các bon
thấp sử dụng để chế tạo kết cấu hàn được chia ra làm 2 nhóm chính là thép định
hình và thép tấm.
Thép hợp kim thấp : Đây là loại thép có tính hàn tốt chỉ đứng sau thép các bon
thấp, do có tính hàn tốt cho nên các loại thép hợp kim thấp cũng rất hay được sử
dụng để chế tạo các kết cấu hàn có yêu cầu độ bền cao hoặc làm việc trong các
điều kiện đặc biệt. Thép hợp kim thấp thường được dùng để chế tạo kết cấu hàn
gồm các loại như thép Manggan; thép Cr –Si –Mn; Cr-Mn-Môlipđen. Thép hợp
kim thấp gồm các loại thép hình hoặc thép tấm, được chế tạo theo tiêu chuẩn.
• Các loại thép không rỉ: Được sử dụng để chế tạo các lọai kết cấu hàn làm việc
trong những điều kiện đặc biệt như: nhiệt độ cao, làm việc trong điều kiện tiếp
xúc với hóa chất, hoặc các thiết bị bảo quản, chế biến thực phẩm, thiết bị dụng
cụ y tế... Phần lớn các loại thiết bị thuộc các loại này thuộc dạng tấm, hiện nay
do nhu cầu sử dụng các loại kết cấu được chế tạo từ thép không rỉ đang rất lớn
cho nên rất nhiều các công nghệ gia công kết cấu thép không rỉ hiện đại đã xuất
hiện trong thực tế. Các loại thép không rỉ được sử dụng nhiều hiện nay đó là: Cr-
Ni,Cr-Ni-Bo, Ni-Mo-Cr, và một số loại thép chịu ăn mòn hóa học, chịu nhiệt,
bền nhiệt.
• Nhôm và hợp kim nhôm: Nhôm và hợp kim nhôm cũng được sử dụng nhiều để
chế tạo kết cấu hàn đặc biệt là hợp kim nhôm được dùng để chế tạo các kết cấu
yêu cầu có trọng lượng nhỏ,hoặc các kết cấu yêu cầu chống rỉ. Thông thường
hợp kim nhôm hay được dùng nhất là: Duy-ra dùng cho các kết cấu đòi hỏi có độ
bền nhiệt cao, còn hợp kim nhôm –magiê dùng cho các loại kết cấu như: vỏ tầu
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng:
Nhận biết các loại thép định hình U, I, V..., thép tấm, và các loại vật liệu khác
như nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để
chế tạo kết cấu hàn.
Giải thích đúng công dụng của từng loại vật liệu khi chế tạo kết cấu hàn.
Tính toán vật liệu gia công kết cấu hàn chính xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu
cao.
Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
3
loại nhỏ có tốc độ cao, các kết cấu xây dựng, các thùng chứa thực phẩm,chứa
thức ăn, chứa nước...Nhôm và hợp kim nhôm thường được chế tạo ở dạng tấm.
2) Thép định hình.
Thép chữ L (thép góc): Đây là loại thép hình được sử dụng rất nhiều để chế tạo
các loại kết cấu hàn. Thép chữ L thường được dùng để chế tạo các loại khung
,dàn hoặc liên kết khác trong các kết cấu . từ thép góc ta có thể chế tạo ra các
loại thép định hình khác nhau bằng cách ghép các thanh thép góc lại với nhau.
Ví dụ: ghép 2 thanh thép góc lại với nhau ta sẽ có loại kết cấu chữ [ hoặc chữ T
.nếu ghép 4 thanh thép góc ta sẽ có kết cấu chữ I. Do vậy đây là loại thép có
phạm vi sử dụng rất lớn trong thực tế. Thép hình chữ L có 2 loại là : L cạnh đều
và L cạnh lệch
- Thép chữ L cạnh đều: gồm có 67 loại được quy định trong TCVN 1656-
75.loại nhỏ nhất có kích thước L20 x 3,nghĩa là mỗi cạnh có kích thước là
20 mm ,chiều dày có kích thước là 3 mm, loại lớn nhất có kích thước là
L250 x 20. Đây là loại thép được sư dụng để chế tạo kết cấu rất nhiều do
tính chất công nghệ của nó rất cao. Trong quá trình gia công người thợ
không cần chú ý đến các cạnh của thanh thép (do cạnh của các thanh đều
bằng nhau. Đây chính là đặc tính rất ưu việt của loại thép góc này.
- Thép chữ L cạnh không đều: Gồm có 47 loại được quy định trong tiêu
chuẩn TCVN 1657-75 ,loại nhỏ nhất là L25 x16 x3, có nghĩa là cạnh thứ
nhất 25 mm, cạnh thứ hai 16 mm, chiều dày 3 mm. Loại lớn nhất có kích
thước L250 x160 x20. Đây là loại thép góc mà hiện nay ứng dụng không
lớn do tính công nghệ của thép không cao vì trong quá trình gia công
người thợ cần phải chú ý đến các cạnh của thanh thép (do các cạnh không
đều nhau). Do vậy sẽ ảnh hưởng đến năng suất lao động. Vì vậy khi thiết
kế cần chú ý đến đặc điểm này để lựa chọn thép góc cho hợp lý.
Thép chữ I: Đây là loại thép được sử dụng rất nhiều để chế tạo kết cấu chịu uốn,
nén. Theo TCVN 1655-75 thì thép chữ I có 23 loại. Chiều cao loại nhỏ nhất là
100 mm ,loại lớn nhất là 600 mm. Ngoài ra còn có thêm một số loại thép đặc biệt
ký hiệu có thêm chữ “a” ở phía dưới. Thép chữ I là loại thép rất khó liên kết với
nhau để tạo ra một loại thép mới.
Thép chữ [: Theo TCVN 1654-75 thép chữ [ có 22 loại. Chiều cao loại nhỏ nhất
là 50 mm, lớn nhất là 400 mm ( Đây là chiều cao của tiết diện). Ví dụ [ 22 chỉ loại
này có chiều cao là h = 220 mm, chiều dài của thép chữ [ từ 4 ÷ 13 m. Ngoài ra
còn một số loại đặc biệt thì ký hiệu có thêm chữ “a” phía dưới. Ví dụ : thép [ 22a.
Trong thực tế còn có nhiều loại thép hình khác nhau như thép ống, thép tròn, .....
3) Thép tấm.
Là loại thép được sữ dụng rộng rãi vì có tính vạn năng cao, có thể chế tạo ra các loại
thép có hình dáng, kích thước bất kỳ. Thép tấm được dùng nhiều trong các loại kết
cấu như :vỏ tàu thủy, vỏ các bình chứa chất lỏng, bình chứa khí, các loại bồn chứa,
bể chứa, các loại ống dẫn chất lỏng, chất khí. Ngoài ra thép tấm còn được sử dụng để
chế tạo các loại chi tiết máy....Trong thực tế thép tấm có quy cách như sau:
Thép tấm phổ thông: có chiều dày s = 40÷ 60 mm, chiều rộng 160 ÷ 1050 mm,
chiều dài từ 600 ÷ 12000 mm
Thép tấm dày: có chiều dày s = 60÷ 160 mm, chiều rộng 600 ÷ 3000 mm, chiều
dài từ 4000 ÷ 6000 mm
Thép tấm mỏng: có chiều dày s = 0.2÷ 4 mm, chiều rộng 600 ÷ 1400 mm.
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
4
BÀI 2: TÍNH ĐỘ BỀN MỐI HÀN
MÃ BÀI: MĐ-30-02
Độ bền mối hàn là một tiêu chí rất quan trọng trong quá trình gia công kết cấu hàn, độ bền
mồi hàn đảm bảo nghĩa là kết cấu hàn sẽ thõa mãn điều kiện làm việc với tải trọng được
quy định. Vì vậy yêu cầu của công tác thiết kế, kiểm tra, đánh giá độ bền mối hàn là một
công việc quan trọng của người thợ hàn ở trình độ cao.
I. NỘI DUNG CHÍNH :
II.
1) Tính toán mối hàn giáp mối.
1.1. Mối hàn giáp mối chịu kéo, nén
Mối hàn giáp mối là loại mối hàn được ứng dụng rất nhiều trong kết cấu hàn, do mối hàn
có nhiều ưu điểm như: tốn ít kim loại cơ bản, ít ứng suất tập trung, công nghệ thực hiện dễ
dàng hơn. Do mối hàn chịu kéo và chịu nén thì độ bền giống nhau nên ta chỉ cần tính toán,
kiểm tra điều kiện bền cho trường hợp
chịu kéo là đủ. Để kiểm tra điều kiện
bền kéo ta xét một mối ghép hàn giáp
mối như sau:
Ta có chiều rộng của tấm nối là B cũng
chính là chiều dài cần hàn, chiều dày
của chi tiết hàn là S, lực kéo là N.
Như vậy theo lý thuyết bền ta có:
Để mối ghép hàn đảm bảo độ bền thì
biểu thức sau phải được thõa mãn:
kF
N
h
][maxσ = ≤ σ
Trong đó :
maxσ : Là ứng suất sinh ra khi kết cấu chịu lực tác dụng
N : Là lực tác dụng
Fh : Là diện tích mặt cắt của mối hàn, nó được xác định như sau:
Fh = B x S
Như vậy ta có:
kSB
N ][.max σσ ≤=
Từ công thức trên ta suy ra các bài toán cơ bản sau:
Bài toán 1: Kiểm tra điều kiện bền kéo theo cường độ, ta dùng công thức trên
Bài toán 2: Xác định tải trọng, lúc này ta dùng công thức:
(2-1)
(2-2)
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng:
Tính toán được độ bền kéo,nén của mối hàn.
Xác định được kích thước của mối hàn khi biết tải trọng đặt lên kết cấu.
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
5
kSBN ].[. δ≤
Bài toán 3: Tính toán các kích thước mối hàn theo công thức sau:
S
N
k
kBNSB ].[].[. σσ ≥⇒≥ (2-4)
Và:
B
N
k
kSNSB ].[].[. σσ ≥⇒≥
Trong trường hợp nếu kích thước của kết
cấu không thay đổi, nhưng muốn tăng khả
năng chịu tải trọng của kết cấu thì chúng ta
thiết kế các mối hàn xiên như hình vẽ sau
với:
N: là lực tác dụng
B: là chiều rộng tấm nối
α: là góc vát nghiêng của các chi tiết
hàn
Như vậy điều kiện bền của mối hàn lúc
này sẽ là:
kF
N
h
][max σσ ≤=
kS
N
B ][
sin.
σ
α
≤=
kSB
N ][.sin.max σσ α ≤=⇒
Mà α là góc luôn nhỏ hơn 900 nên ứng suất tác dụng lúc này bị giảm xuống, do vậy mà
điều kiện bền tăng lên.
1.2. Mối hàn giáp mối chịu uốn.
Điều kiện bền được xác định như sau:
hW
M ][σσ ≤=
Trong đó:
σ là ứng suất sinh ra do uốn
M là mô men uốn:
2
.lPM =
W là mô men chống uốn được xác định như sau:
h
SBW ][6
.2 σ≤=
Thay vào biểu thức tính độ bền ta có:
hSB
lP ][
.
..6
2 σσ ≤=
2) Tính toán mối hàn góc.
2.1.Mối hàn góc chịu kéo, nén
(2-5)
(2-3)
(2-6)
(2-7)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
6
Khi kiểm tra độ bền cho mối hàn góc ta thực hiện quá trình kiểm tra mối hàn theo các
dạng sau
a- Tính mối hàn đối xứng ngang:
xét mối hàn ngang chịu lực như hình vẽ ta có biểu thức xác định độ bền như sau:
hBh
N ][..2 ττ ≤=
Trong đó:
N là lực tác dụng
h là chiều cao của mối hàn
B là chiều dài đường hàn.
Do chiều cao mối hàn :
h = k.cos450 = 0,7.k và k = S
(trong trường hợp các tấm có chiều dày
không bằng nhau thì k được chọn theo
tấm có chiều dày nhỏ hơn) cho nên:
hBS
N ][..4,1 ττ ≤=
b- Tính mối hàn đối xứng dọc:
Đối với mối hàn đối xứng dọc khi chịu
lực thì điều kiện bền được xác định như sau:
hLh
N ][..2 ττ ≤=
(2-8)
(2-9)
Trong đó:
L là chiều dài đường hàn
là chiều cao mối hàn
rong trường hợp mối hàn không đối xứng thì điều kiện được xác định theo công thức
au:
h
T
s
(2-10)
hLLh
N ][).( 21 ττ ≤= +
2.2.Mối hàn góc chịu uốn
hi mối hàn góc chịu uốn, điều kiện bền được
sau:
(2-11)
K
xác định theo công thức
hBLh
M ][.. ττ ≤=
Trong đó:
(2-12)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
7
M là mô men uốn
H là chiều cao m i hàn
chiều dài mối hàn cả 2 phía
tấm hàn
hi mối hàn chịu uốn và kéo hoặc nén thì điều kiện bền được xác định như sau:
ố
L là
B là chiều cao của
K
h
NM ][ττ ≤±=
LhW .
Trong đó :
M là mô men uốn
N là lực kéo
mô men chống uốn
i hàn
u dài đường hàn
-Trong chịu uốn như hình vẽ thì điều kiện bền sẽ là:
(2-13)
W là
h là chiều cao mố
L là tổng chiề
trường hợp mối hàn tổng hợp
hlh
llh nd
.
..
2
M
n
][
6
τ τ≤=
Khi tính toán ta chọn trước ln , cạnh của mối hàn k để
xác định mối hàn ld
hi mối hàn vừa chịu uốn vừa chịu kéo hoặc nén thì
iều kiện bền sẽ là:
+
K
đ
h
M
h
N ][ττ ≤+=
n
dn
lhllhL
6
....
2
+
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
8
ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN
r ng y
ường sinh ra ứng suất và biến dạng các ứng suất và biến dạng này làm kết cấu hàn giảm
I. :
. Các khái niệm về ứng suất và biến dạng khi hàn
thúc hàn.
tị mà không có tác dụng của ngoại lực cho nên chúng ta phải
ải tuân theo các điều kiện
BÀI 3: TÍNH
MÃ BÀI: MD-30-03
T o uá trình hàn, do nhiệt độ giữa các vùng kim loại chênh lệch nhau rất cao do vậ
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng:
h bày được các khái niệm về ứng suất khi hàn,giải thích được các
ứng suất,biến dạng sinh ra khi hàn.
Trìn
nguyên nhân gây ra ứng suất khi hàn.
Tính được các biến dạng dọc,biến dạng ngang của mối hàn.
Xác định được các biện pháp làm giảm
q
th
khả năng làm việc hoặc không đủ điều kiện để làm việc vì vậy trong quá trình hàn người
thợ phải biết được những nguyên nh6n sinh ra ứng suất và biến dạng để có thể hạn chế
hoặc triệt tiêu chúng .
NỘI DUNG CHÍNH
1
a- Nội ứng suất khi hàn :
Là ứng suất tồn tại trong mối hàn sau khi đã kết
Do nội ứng suất tồn
tương ứng cân bằng. Và muốn đảm bảo sự cân bằng thì ph
cân bằng tỉnh học, nghĩa là.
∑ = 0mz ∑ = 0mx ∑ = 0my
ân loại ứng suất b- Ph
Các loại nội ứng suất được chia ra làm 3 nhó ư sau
hiệt: sinh ra do sự nung nóng không đều trên toàn bộ chi tiết
u khi loại bỏ nguyên nhân sinh ra
ủa các phần
ết tạo thành vật thể. Bao gồm 3 loại là tổ chức tế vi, tổ chức thô đại và tổ
ác hướng trong không gian, bao gồm các loại là ứng suất một chiều
ơn), ứng suất hai chiều (ứng suất mặt), ứng suất ba chiều (ứng suất khối).
c- Các
ng là biến dạng co dọc của mối hàn và biến dạng co ngang của
lân cận theo phương vuông góc với trục đường hàn, biến dạng co ngang sẽ
tạo nên sự cong, vênh của kết cấu hàn hay còn gọi là biến dạng góc.
(3-1)
m nh
*Nhóm 1:
Các ứng suất phụ thuộc nguyên nhân sinh ra nó
- Ứng suất n
- Ứng suất dư: là ứng suất còn lại trong vật thể sa
nó. Đây là loại ứng suất thường gặp nhất
- Ứng suất do chuyển biến pha: do sự biến dạng không đều của chi tiết
*Nhóm 2:
Ứng suất sinh ra do sự cân bằng giữa các kích thước thể tích khác nhau c
tử khi liên k
chức siêu tế vi.
*Nhóm 3:
Ứng suất theo c
(ứng suất đ
biến dạng khi hàn :
Trong quá trình hàn do chi tiết bị nung nóng và làm nguội không đều cho nên sẽ
phát sinh các biến dạ
mối hàn.
- Biến dạng co dọc của mối hàn : đó là sự thay đổi kích thước chiều dài mối hàn sau
khi hàn
- Biến dạng co ngang của mối hàn: đó là sự giảm kích thước của kim loại mối hàn
và vùng
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
9
2. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp.
a-Tính nội lực tác dụng:
Xét tấm kim loại như hình vẽ:
Khi hàn đắp vào mép tấm thì theo
của
của
ự thay
i thay đổi này dẫn đến sự thay đổi lớn về chất lượng kim loại.
đổi trong vùng ảnh hưởng nhiệt. tại vùng này được chia
hàn và lân cận , phần này trong quá trình hàn kim loại
ng
có nhiệt độ từ 550 C đến gần nhiệt độ nóng chảy của kim loại. Vùng này
N
∆l = α. T. l
T: nhiệt độ
l : Chiều dài
lý thuyết hàn, trên mặt cắt ngang
của chi tiết hàn do tác động
nhiệt khi hàn sẽ có 2 vùng:
Vùng ảnh hưởng nhiệt : là
vùng có nhiệt độ từ
5500C÷13500C.
Tại vùng này, dưới tác dụng
nhiệt độ sẽ có sự thay đổi thành
phần hóa học, đồng thời là s
đổi về kích thước hạt. ha
Như vậy cơ tính mối hàn chỉ thay
làm 2 vùng:
Vùng thứ nhất : Phần kim loại mối
thường tồn tại ở trạng thái một pha lỏng và hai pha lỏng +rắn. Vùng này được gọi là vù
b1 tức là vùng có sự thay đổi lớn nhất về thành phần hóa học.
Vùng thứ hai 0
được gọi là vùng b2 , là vùng trong quá trình hàn, kim loại đạt đến trạng thái biến dạng
dẻo,do vậy sự thay đổi về thành phần hóa học là rất nhỏ, chủ yếu là sự thay đổi về kích
thước hạt.
Vùng còn lại (vùng phản kháng): là vùng không bi ảnh hưởng nhiệt.
hư vậy trong vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ xuất hiện biến dạng:
(3-2)
Trong đó:
α: là hệ số giản nở
FE
l
.
=Δ lN.
Thực n tỏ rằng với mỗi loại vật liệu thì có một giới hạn riêng và giới hạn này
được d ội lực và biến dạng khi hàn. Giới hạn này được gọi là ứng suất tới
hạn (ký hiệu là T)
Các ứng suất tớ ạn đều được xác định bằng thực nghiệm và là một trong những thông số
được xác định trong vùng này, biểu thức xác định như sau:
Trong đó:
P: Nội lực tác dụng
σT: Ứng suất tới hạn
Fc: Diện tích của vùng ảnh hưởng nhiệt
S(b +b ) = S.b
(3-3)
ghiệm chứng
ùng để xác định n
σ
i h
cho sẵn để tính toán, thông thường có trong các sổ tay tính toán thiết kế.
Do trong vùng ứng suất tác dụng có xuất hiện biến dạng cho nên nội lực tác dụng trên mặt
cắt ngang của chi tiết hàn
P = σT. Fc
Fc = 1 2 n
(3-4)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
10
Như v ng ta phải xác định được các kích thước b1, b2. Việc xác định
các kíc thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chế độ hàn,
chiều
ậy vấn đề đặt ra là chú
h thước này rất khó khăn bởi nó còn phụ
dày vật liệu hàn, nhiệt dung riêng
Vì vậy việc tính toán chính xác là rất khó khăn, cho nên ở mức độ chính xác vừ đủ, ta có
công thức sau:
TCVS
qb .484,01 =
h ....0 γ
Trong đó:
Q: là năng lượng của hồ quang hàn và q = 0,24.Uh h.η (cal/s)
η = 0,75 ÷ 1,0
hiều dày tính toán của chi tiết hàn (cm)
g (cal/g. C)
3)
0C)
Trong
2: Hệ số xác định theo đồ thị đường đẳng tính ứng với mỗi loại vật liệu. Đối với
thép cacbon thấp k = 0,224
hiều rộng tấm hàn
Thay b
Vậy n
σT. Fc hoà
n kháng và lực phả
Ứng suất phản kháng và
ực phản kháng P
-
(3-5)
(3-6) .I
S0:là c
Vh :là vận tốc hàn (cm/s)
0C: nhiệt dung riên
γ: trọng lượng riêng của kim loại (g/cm
T: nhiệt độ khảo sát (T=550
(3-7) b2 = k2.(h – b1)
đó:
k
h: C
1, b2 vào biểu thức Fc = S(b1+b2)
ội lực tác dụng:
P = n toàn xác định được.
n kháng:
ực tác dụng.
c
b-Tính ứng suất phả
lực phản kháng là hai yếu tố chống lại l
-L k
Pk = P = σT. F (3-8)
Ứng suất phản kháng σ2
).(.
.
nn
T
k
k
bhSSbhS
PFc
−−===2 FcFF −
P σ P=σ
c-Tính mô men uốn:
Mu = Mk-Mp
ấu hàn võng xuống
Nếu M > 0 Kết cấu hàn cong xu
= P .y
d-Tí
(3-9)
(3-10)
Nếu M > 0 Kết c
ống
Mk k 1
Mp = P.y2
nh ứng suất uốn:
u
u W
uM=σ
Vớ
(3-1
i 6
. 2hSWu =
1)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
11
h độ võng: d-Tín
EJ
lMf .=
8
2
Vớ
(3-12)
i 12
. 3hSJ =
3. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối.
a- Tính nội lực tác dụng:
ội lực tác dụng là nội lực sinh ra trong vùng ứng suất tác dụng, nội lực tác dụng phụ
uộc vào diện tích của vùng có nhiệt độ nóng chảy đến 5500 C, vùng này còn gọi là vùng
ứ c dụng được tính như sau:
ết trong lý thuyết kết cấu thường
được chọn bằng giới hạn chảy
vùng ứng suất tác dụng khi hàn, vùng này được xác định như sau:
Fc = b0.S
N
th
ng suất tác dụng , nội lực tá
(3-13) P = σT .Fc
Trong đó :
σT là ứng suất sinh ra khi hàn và theo các giả thuy
Fc là
(3-14)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
12
Trong
b0 = (b1 + b2).2
vùng mối hàn và lân cận bao gồm vùng nóng chảy , vùng chảy dẻo
àn hồi
đó
S là chiều dày của chi tiết hàn :
b0 là chiều rộng của vùng ứng suất tác dụng được xác định như sau
b1 là
b2 là vùng kim loại ở trạng thái đ
CcvS
qb .484,0= 01 550.... γ
Trong
q = 0,24.Uh..Ih.η calo/s
η =0,65 khi hàn hồ quang tay.
,9 khi hàn tự động
S :là chiều dày tính toán của k
calo/g C
ủa kim loại g/cm3
ộc vào rất nhiều yếu tố như năng lượng riêng q0 chiều rộng
được xác định như sau
Trong
ang tay thì h =250mm
ới hàn tự động thì h =300 – 350mm
Thay b
được n
Trong
chiều r
- Tính nội lực phản kháng và ứng suất phản kháng khi hàn hai tấm có kích thước
hác nhau
Nội lực phản kháng ở hai tấm hàn được tính như sau:
Pa = σ2. a . s
n 2
a và c là chiều rộng của vùng ph vùng phản kháng 2
S là chiều dày của các tấm
ản kháng được tính như sau
Theo n
(3-15)
0
đó :
q là năng lượng hữu ích của nguồn nhiệt
η =0
v :là vận tốc hàn cm/s
ết cấu hàn
0c :là nhiệt dung của kim loại
y : là khối lượng riêng c
Việc xác định b2 phụ thu
tấm hàn h0 và các thông số khác b2 có thể
b2 = K2 .(h –b1)
đó :
K2 là hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chi tiết
h là chiều rộng toàn bộ phần ứng suất tính toán
Đối với hàn hồ qu
Đối v
1 , b2 vào các biểu thức trên ta tính
ội lực tác dụng P
trường hợp nếu hàn hai tấm có
ộng không bằng nhau thì ta tính
toán như sau:
(3-17P= σT.Fc = σT. (bna + bnc).S
Trong đó bna ≠ bnc
b
k
-
Pc = σ2. c . s
Trong đó :
Pa ,Pc là lực phản kháng của tấm hàn 1 và tấm hà
ản kháng 1 và
Ứng suất ph
guyên lý cân bằng lực thì
P = Pa + Pc
)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
13
Thay c ó
σ2 .(a+c). S
Từ đó ta có :
ác giá trị của chúng vào ta c
σT. b0.S =
0
0
2
.).( bb ncnaT =
bh
b
ca
T
−+
+= σσσ
c- Tính mô men uốn
Các lực Pa và Pc sẽ tạo ra mô men uốn khi quay quanh tâm của vùng ứ tác dụng , và
mô men quay này được xác định như sau:
(3-18)
ng suất
2
obaPaMa +=
2
obcMc Pc +=
Vì các mô men này có chiều ngược nhau cho nên :
M = Ma - Mc = = 2
..
2
.. 22
oo bcscbasa +−+ σσ - 2
obcPc +
2
obaPa +
Thay giá trị của ứng suất phản kháng vào ta có
)()(2 0
b
h
M T −=
..
0
0 ca
b
Sb ++
)(2
).(.
0bh
cahPM −
−= σ (3-19) ⇒
Từ công thức trên ta nhận thấy rằng, nếu c=0 tức là hàn vào mép tấm, khi đó mô men uốn
M có giá trị lớn nhất, khi c=a tức là hàn hai tấm có kích thước b ng nha men uốn
M=0. Như vậy khi hàn giáp mối những tấm hàn có kích thước bằng nhau thì biến dạng sẽ
hỏ nhất, khi hàn những tấm hàn có kích thước khác nhau thì biến dạng sẽ xảy ra.
ằ u thì mô
n
d- Tính ứng suất uốn
Dưới tác dụng của mô men uốn M, sẽ sinh ra ứng suất uốn, ứng suất uốn này được xác
định như sau:
2
).(..6 cahPMM
0 .).(2
6
. hsbhhS 2 −
−==
Wu
=σ
Vậy ta có:
)(
)(.b.3
0
0
bhh
caT
u −
σ −=σ
Độ võng lớn nhất được xác định theo công thức sau.
(3-20)
e- Tính độ võng :
EJ
lMf
8
. 2
max =
Trong đó:
M là mô men uốn lớn nhất
l là chiều dài của chi tiết hàn
E là mô đun đàn hồi
ô men quán tính được xác định như sau. J là m
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
14
12
J = .
3hS
Thay v
ào biểu thức tính độ võng ta có.
3
2
3max ..2.8 SEhES
2
.
..3..12
h
lMl ==
Mf
Vậy ta có: (
...2
..3
3
2
max cmh
)
SE
lMf =
biến dạng khi hàn kết ấu th
Kết cấu thép chữ T gồm 2 tấm, một tấm đế và một tấm vách hàn với nhau bằng hai mối
hàn góc như hình vẽ.
ùng ứng suất tác dụng sinh ra trong mối hàn góc chữ T được xác định như sau:
Fc = (2b1+2b21+S2).S1+(b1+b22). S2+ K2
ội lực tác dụng dọc trục P và ứng suất phản kháng được xác định như sau:
(3-21)
4. Tính ứng suất và c ép chữ T.
V
N
P=σT.Fc (3-22)
FcF −=2
Pσ
Các lực tác dụng được biểu diễn như hình vẽ nếu biến dạng do uốn ngang rất nhỏ, không
đáng kể, lúc này ta có:
P = 2P1 +P2
háng của tấm đế, được xác định như sau:
(3-23)
.
Trong đó:
P1 là nội lực phản k
1P = 12112 .. SSbh n ⎟⎞⎜⎛ −−σ
2 ⎠⎝
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
15
P2 là nội lực phản kháng của tấm vách và được xác định như sau: ( ) 22222 .. SbhP n−= σ
Mô men uốn M của các nội lực tác dụng lên kết cấu là:
Trong đó:
y , y là khoảng cách từ các điể đặt lực phản kháng 2P1, P2 đến trọng tâm của vùng
đặt của lực tác dụng P.
Nếu kết cấu hàn để tự do trong quá t ác dụng của mô men uốn M, kết
n và sẽ sinh ra ứng suất được xác định như sau:
M= P2.y2-2P1.y1
1 2
ứng suất tác dụng. Đồng thời điểm đó cũng là điểm
m
rình hàn thì dưới t
cấu sẽ bị uố
W
o ảnh hưởng của mô men uốn mà các liên kết bị cong sau khi hàn tạo ra độ võng và độ
õng được xác định như sau:
M=σ
D
v
EJ8
5. Các biện pháp giảm ứng s
l 2Mf .max =
uất và biến dạng khi hàn
a-Các biện pháp về kết cấu và công nghệ
Trong quá trình gia công các kêt cấu để hạn ch các ng xảy ra khi thiết kế các
kết cấu hàn cần chú ý một số vấn đề sau :
àn tốt , có độ dẻo cao
o nhau , cố gắng giảm tối đa các mối hàn góc và
hàn đính tạo thành mối ghép cứng , sử
m nhỏ , trước hết phải hàn các mối hàn ngang
ớn
, tấm vách sau đó mới
ữa các tấm đế và tấm vách
b-Các
c bố trí đối xứng nhau thì cùng hàn cả hai
húng sẽ bị triệt tiêu hoặc sẽ bị giảm xuống còn rất nhỏ . Nếu khi hàn một số
biến dạng ngược thì cố gắng lắp ghép để khi hàn tạo thành
c-Kẹp
ình gia công cần tính đến sự gia tăng nội ứng suất .
suất .
ế biến dạ
Sử dụng vật liệu cơ bản nên dùng vật liệu có tính h
Không nên bố trí các đường hàn gia
thay thế bằng các mối hàn giáp mối .
Khi lắp ghép kết cấu cần tránh những mối
dụng đồ gá sao cho khi hàn kim loại có thể tư do co giãn .
Khi hàn cần chú ý một số vấn đề sau :
Đối với các tấm được chế tạo từ các tấ
để tạo thành các dải hàn riêng biệt sau đó hàn các dải này với nhau tạo thành tấm l
Khi hàn các kết cấu dầm cần hàn các mối hàn nối các tấm đế
bắt đầu hàn các mối hàn góc liên kết gi
Khi hàn các kết cấu thùng chứa bể hình trụ cần hàn các đường hàn dọc của các tấm
vòng , sau đó hàn các vòng lại với nhau
Khi hàn nhiều lớp nhiều đường , thì các hướng sau có hướng ngược với các lớp hàn
trước .
biện pháp khử biến dạng
Trong các trường hợp các đường hàn đượ
phiá đồng thời , như vậy biến dạng sinh ra cả hai phía sẽ có chiều ngược nhau , kết
quả là c
kết cấu có thể tạo ra được
các biến dạng ngược , thông thường hàn các kết cấu tấm dễ thực hiện phương pháp
này .
chặt chi tiết khi hàn .
Chi tiết được kẹp chặt bằng các loại đồ gá có đủ độ cứng vững để trong quá trình
hàn biến dạng sinh ra sẽ bị khống chế cưỡng bức , sử dụng phương pháp này trong
quá tr
d-Các phương pháp nội ứng
Phương pháp tạo luc ép lên mối hàn : Đây là phương pháp mà sau khi hàn xong
người ta dùng các biên pháp tác dụng lên mối hàn các lực ép dủ lớn để triệt tiêu các
(3-25)
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
16
n , cũng có thể thực hiện bằng cách dùng máy cán để
e-Nun
ho nên ứng suất sinh ra sẽ giảm ở mức tối thiểu , các
ật liệu có tính hàn kém . Nguồn
n
g-Nun
ảng 600-650 C sau đó giữ nhiệt trong
từ 2 – 3 phút cho 1mm chiều dày chi tiết hàn. Phương pháp này chỉ
h-Nắn
hiệt. Nắn cơ khí được thực hiện trên
y búa, máy ép, máy cán...Quá trình này có thể thực hiện được ở các trạng thái
a
ệt
ứng suất tồn tại trong mối hà
cán mối hàn sau khi đã hàn .
g nóng trước khi hàn và trong quá trình hàn:
Đây là biện pháp nhằm mục đích làm cho nhiệt sinh ra trong quá trình hàn được
phân bố tương đối đồng đều c
phương pháp này được ứng dụng khi hàn những v
nhiệt được sử dụng thông thường dùng dòng điện cao tần , dùng nhiệt của các ngọ
lửa khí đốt và một số nguồn nhiệt khác .
g sau khi hàn :
Đây là phương pháp loại bỏ ứng suất tồn tại trong mối hàn sau khi hàn , có thể dùng
các phương pháp ram thấp ở nhiệt độ kho 0
khoảng thời gian
ứng dụng cho các chi tiết có kích thước nhỏ.
, sửa:
Nắn sửa kết cấu sau khi hàn là một phương pháp thông dụng, quá trình nắn sửa có
thể thực hiện bằng cách nắn cơ khí hoặc nắn n
các má
nóng hoặc nguội. Nắn nhiệt là phương pháp dùng nhiệt để tạo ra các ứng suất sinh r
trong quá trình hàn, kết quả là các ứng suất này tự cân bằng nhau, quá trình nắn nhi
đòi hỏi người thợ, người cán bộ kỹ thuật phải am hiểu các quá trình biến dạng do
nhiệt, có kinh nghiệm thực tế để lựa chọn được các điểm nung hợp lý.
Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
17
BÀI 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM, TRỤ
MÃ BÀI: MĐ-30-04
ầm là m ật xây dựng
ầu, chế t lớn các kết cấu dầm
ép đều được chế tạo bằng phương pháp hàn
nh
I.
a kết cấu hàn , làm việc chủ yêu chịu uốn , dầm được liên kết tạo
được sử dụng nhiều trong các kết cấu cầu , kết cấu khung nhà bằng
ng nén là chủ yếu, thường được chế tạo để làm các cột
âm hoặc lệch tâm
thể mà có thể sử dụng
ác loại dầm có mặt cắt ngang khác nhau, tuy nhiên kết cấu dầm làm việc trong điều kiện
ho nên các dạng mặt cắt ngang của dầm bao gồm 4 loại chính như sau
mặt cắt ngang hình chữ T, hình vuông...
-Kết ng pháp hàn trong các ngành kỹ thuật, thường
có cá
oại trụ có mặt cắt ngang hình chữ
ang hình chữ
oại trụ có mặt cắt ngang hình chữ
Tính toán thiết kế dầm
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng:
Trình bày đầy đủ khái niệm về dầm trụ, phân loại dầm trụ.
h bày rõ các công thức liên quan đến việc tính toán kết cấu dầm trụ đơn
rụ đơn giản.
Trìn
giản, thường dùng.
Giải thích các ứng suất và biến dạng khi hàn các loại dầm t
Tính toán chính xác vật liệu để gia công các kết cấu dầm trụ.
Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng
-D ột loại kết cấu được sử dụng rất rộng rải trong các nghành kỷ thu
c ạo máy, chế tao ô tô, đóng tàu thủy, thiết bị nâng hạ ...Phần
th
-Trụ là một kết cấu chịu tải nén là chủ yếu, kết cấu được sử dụng rất nhiều trong các ngà
công nghiệp xât
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- giao_trinh_tinh_toan_ket_cau_han_luu_hanh_noi_bo.pdf