Bài giảng Kết cấu thép - Chương 3: Liên kết Bulông - Hồng Tiến Thắng

9/22/2014 1 Tr−ờng đại học thuỷ lợi Khoa công trình Bộ môn kết cấu công trinh ======= BÀI GiẢNG Kết cấu thép GVHD Hồ Tiế Thắ 1 : ng n ng Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh Nội dung mụn học • Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thộp Ch 2 Liờ kết hà• ương : n n • Chương 3: Liờn kết Bulụng • Chương 4: Dầm thộp • Chương 5: Cột thộp • Chương 6: Dàn thộp 2 + Bài tập nộp: 3 Liờn kết Bulụng  3.1. Khỏi niệm chung  3.2. Tớnh toỏn và cấu tạo liờn kết bulụng 3 Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh GVHD: Hồng Tiến Thắng 3.1. Khỏi niệm chung 3.1.1. Phân loại: Loại bu lông Vật liệu Độ chính Sai số đ−ờng kí h đi h ∆d Khe hở gi−a lỗ Kí h th−ớ b lô (Bả 3 2 (t 31) xác n n (mm) và đinh ∆l 1.Bulông thô 2.Bu lông nửa tinh 3.Bu lông tinh 4.Bu lông c−ờng độ cao Thép tròn BCT3,BCT5 09Γ2, 12Γ2.. 40X,40XC binhth−ờng -cao -cao -th−ờng  0,75  1 - 0,5  -1 ∆dr < -0,34 2  3 mm 0,3  0,5mm 0,3  0,5mm 4 lrD = 2d H l1+ d = 12  48 mm + l1  2,5d + l = 35  300 mm + (l – l1) = (bản ghép - 2 hoặc 3 mm) c c u ng ng - rang D=2d H=0,6 d 9/22/2014 2 3.1.2. Hai trạng thái chịu lực cơ bản: • Bulông chịu kéo: D−ới tác dụng của tải trọng hai phân tố đ−ợc nối tách rời nhau. • Bulông chịu cắt đồng thời chịu ép mặt: D−ới tác dụng của tải trọng hai phân tố đ−ợc nối tr−ợt lên nhau AA B N 3.1.3. C−ờng độ tính toán và khả năng chịu lực của một bulông • C−ờng độ tính toán của một bulông: phụ thuộc vào trạng thái ứng suất, vật liệu của phân tố đ−ợc nối, vật liệu làm bulông, chất l−ợng lỗ đinh bulông... Loại bulông Trạng thái ứng suất Ký hiệu CT3 Bulông có độ chính xác cao - Kéo - Cắt - ép mặt Rkb Rcb Remb 1700 1700 3800 Bulông có độ chính xác bình - Kéo - Cắt Rkb Rcb 1700 1300 C−ờng độ tính toán của bulông Rb (daN/cm2) (m=1) (Bảng 3.1(T-30)) 6 th−ờng - ép mặt Remb 3400 • Khả năng chịu lực của một bulông: - Khả năng chịu lực kéo:   24 b b bo o k kk dN mF R m R  - Khả năng chịu cắt :   2.. 4 b b b c c c cc dN mF R m n R  Khả ă hị é ặt  b b bd - n ng c u p m : min. .em em ememN mF R m R  Trong đó: F0 : diện tích tiết diện bulông tại chỗ có ren (ứng với d0) Fc : diện tích chịu cắt (ứng với d) nc : số mặt bị cắt trong một bulông Fem : diện tích chịu ép mặt : tổng chiều dày nhỏ nhất của các phân tố ép vào một bên thân bulông N AA B 7 min 3.2. Tớnh toỏn và cấu tạo liờn kết bulụng 3.2.1. Nguyên tắc tính toán : Điều kiện để liên kết không bị phá hoại là: N  [ N ]b 3.2.2. Tính toán lực tác dụng vào bulông: * Lực tác dụng vào bulông do lực dọc N hoặc Q:  b b N Nn NN   bQ NQN  Trong đó : • Giả thiết bulông chịu lực bằng nhau • n : số bulông chịu lực N hoặc Q 8 bn b 9/22/2014 3 * Lực tác dụng vào bulông do M : emax ei NM Ni NM Ni oemax a) b) C M C Mei Giả thiết: + Tr−ờng hợp 1: M nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục đinh - Chịu cắt và ép mặt. +Tr−ờng hợp 2: M nằm trong mặt phẳng song song với trục đinh - Chịu kéo 9 - Liên kết quay quanh tâm quay C - Lực tác dụng vào bulông tỉ lệ bậc nhất với khoảng cách từ bulông đó tới tâm quay C - Ph−ơng của lực thẳng góc với đ−ờng thẳng nối từ bulông đó tới tâm quay C. M = N1e1 + N2e2 + ... + Niei + ... + NM emax => M = NM/emax (e12 + e22 +...+ ei2 +...+ e2max ) =  bn 1i 2 i max M e e N Rút ra: max. [ ] b b M n eN M N  i M i i M i e e NN e e N N maxmax  2 1 i i e   * Lực tác dụng vào bulông khi liên kết đồng thời chịu momen, lực dọc và lực cắt: -Tr−ờng hợp 1: Nội lực NN , NM , NQ gây cho bulông chịu cắt + ép mặt max [ ] b N M Q cN N N N N       [ ]bN 10 em -Tr−ờng hợp 2: Nội lực NN , NM gây cho bulông chịu kéo NQ gây cho bulông chịu ép mặt [ ]bk N M kN N N N   [ ]bQ cN N [ ]bemN Lực tác dụng vào bulông khi liên kết đồng thời chịu mômen, lực dọc và lực cắt. Q Nguyên lý cộng tác dụng •Tính lực tác dụng vào đinh do từng TP nội l−c y N + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + C NM M •Tổng hợp lại N  NN Q  NQ M  NM x N bNQ NN NM y MN X MN N 22 )()( Q y MN x M b NNNNN  C 3.2.3. Bố trí bulông: - Bố trí song song, bố trí so le - Th−ờng bố trí song song Xem thêm Bảng 3.3 (trang 32) 12 9/22/2014 4 Ví dụ 1: Kiểm tra liên kết cho ở hình vẽ. Biết d = 22mm , Rcb = 1700 daN/cm2, cho N=1120 kN, Remb = 3800 danN/cm2, m =1. Giải: - Nội lực: N = 1120 kN Q = 0 M = 0 - Xác định lực tác dụng lên một bu lông:  1120 124,4 129,18 9 b N c b NN kN N kN n        167,20bemN kN  2 2. 3,14.2,2[ ] . 1.2. .1700 12918 129,18 4 4 b b c c c dN m n R daN kN    min[ ] . . 1.2, 2.2.3800 16720 167,20 b b em emN m d R daN kN    Với: Ví dụ 2: Kiểm tra liên kết cho ở hình vẽ. Cho biết d = 18mm, Fo = 1,75 cm2, Rkb= 1700, Rcb = 1300 daN/cm2, Remb = 3400 daN/cm2, m = 1. Giải: - Nội lực: 0N = N2 - N1cos45 = 200 -250.0,707 = 23,22 kN (  ) Q = N1sin450 = 250.0,707 = 176,78 kN (  ) M = 0,07N2 = 0,07.200 = 14 kNm (  ) - Xác định lực tác dụng lên một bu lông: 23,22 3,87 6N b NN kN n     2max6 2 2 22 1 176,78 29,463 6 25. 14.10 . 20 5 15 25 2 Q b M i i QN kN n eN M kN e               2 1.1,75.1700 2975 29,75 3,14.1,81.1. .1300 3306 33,06 4 1.0,8.1,8.3400 4896 48,96 b k b c b em N daN kN N daN kN N daN kN          - Tổng hợp lực: Nkmax = NN + NM = 3,87+20 = 23,87 kN < =29,75 kN Nmax cắ+ép mặt = NQ = 29,463 kN < = 33,06 kN < = 48,96 kN ( Liên kết an toàn) [ ]bkN [ ]bcN [ ]bkN 15 Ví dụ 3: Xác định P để liên kết không bị phá hoại. Cho biết d = 20, Rcb = 1700 daN/cm2, Remb = 3800 daN/cm2, m = 0,85. Giải: - Nội lực: ( đều gây cắt và ép mặt) N 0 707P (kN) ( ) = ,  Q = 0,707P (kN) () M = 0,3.0,707P = 0,212P (kNm) (  ) - Xác định lực tác dụng lên một bu lông:  2 2 0,707 0,177 4 0,150, 212 . 0,636 0,05 0,15 .2 N a M PN N P N P P      16 - Tổng hợp lực:  2 2max min 45,370,177 0,636 0,177 0,832 [ ] 45,37 54,5310,832bN P PkN N kN P kN         cắt ép Trong đó: [N]cb = 0,85.3,14.1700 = 4537 daN = 45,37 kN = [N]minb [N]emb = 0,85.2.0,8.3800 = 5168 daN 51,68 kN