Câu Hỏi Và Lời Giải Kết Cấu Thép - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (31 trang)

Trang chủ

Giáo án - Bài giảng

Cao đẳng - Đại học

Câu hỏi và lời giải kết cấu thép

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.48 MB, 31 trang )

1. Phân tích các ưu, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của kết cấu thép. Nêu các biện phápchống gỉ cho kếtcấu thép.Trả lời:a) Uư điểm-Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn. Do cường độ của thép cao nên các kết cấu thép có thể chịu được nhữnglực khá lớn với mặt cắt không cần lớn lắm, vì thế có thể lợi dụng được không gian một cách hiệu quả.-Việc tính toán kết cấu thép có độ tin cậy cao. Thép có cấu trúc khá đồng đều, mô đun đàn hồilớn. Trong phạm vi làm việc đàn hồi, kết cấu thép khá phù hợp với các giả thiết cơ bản của sức bền vật liệu đàn hồi(như tính đồng chất, đẳng hướng của vật liệu, giả thiết mặt cắt phẳng, nguyên lý độc lập tác dụng).-Kết cấu thép “nhẹ” nhất so với các kết cấu làm bằng vật liệu thông thường khác (bê tông, gạch đá, gỗ). Độ nhẹcủa kết cấu được đánh giá bằng hệ số c = γ/F, là tỷ số giữa tỷ trọng γ của vật liệu và cường độ F của nó. Hệ số ccàng nhỏ thì vật liệu càng nhẹ. Trong khi bê tông cốt thép (BTCT) có c = 24.10-4 1/m, gỗ có c = 4,5.10-4 1/m, thìhệ số c của thép chỉ là c = 3,7.10-4 1/m-Kết cấu thép thích hợp với thi công lắp ghép và có khả năng cơ giới hoá cao trong chế tạo. Các cấu kiện thép dễđược sản xuất hàng loạt tại xưởng với độ chính xác cao. Các liên kết trong kết cấu thép (đinh tán, bu lông, hàn)tương đối đơn giản, dễ thi công.-Kết cấu thép không thấm chất lỏng và chất khí do thép có độ đặc cao nên rất thích hợp để làm các kết cấu chứađựng hoặc chuyển chở các chất lỏng, chất khí.-So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm nghiệm, sửa chữa và tăng cường.b) Nhược điểm Kết cấu thép dễ bị han gỉ, đòi hỏi phải có các biện pháp phòng chống và bảo dưỡng khá tốnkém. Đặc biệt, yêu cầu chống gỉ cao đặt ra cho các kết cấu cầu làm việc trong môi trường xâm thực lớn.-Thép chịu nhiệt kém. Ở nhiệt độ trên 4000C, biến dạng dẻo của thép sẽ phát triển dưới tác dụng của tĩnh tải (từbiến của thép). Vì thế, trong những môi trường có nhiệt độ cao, nếu không có những biện pháp đặc biệt để bảo vệthì không được phép sử dụng kết cấu bằng thép.c) Phạm vi sử dụng của KCT-KCT được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựngGTVT, các lĩnh vực khác,...). Do những ưu điểm nói trên, kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vựcxây dựng. Tuy nhiên, kết cấu thép đặc biệt có ưu thế trong các kết cấu vượt nhịp lớn, đòi hỏi độ thanh mảnh cao,chịu tải trọng nặng và những kết cấu đòi hỏi tính không thấm.d) Các biện pháp chống gỉ cho KCT-Sơn bảo vệ để cách ly thép với các tác nhân ăn mòn từ môi trường bên ngoài.-Mạ kim loại:ví dụ như mạ kẽm.-Sử dụng thép hợp kim để chống han gỉ.-Sử dụng thép ở nơi thích hợp,đồng thời kết cấu thiết kế phải thông thoáng,tiện cho việc kiểm tra và bảo dưỡng.Try your best!12. Trình bày khái niệm các tính chất cơ học chủ yếu của thép, khái niệm về quá trình luyện thép, ảnhhưởng của các thành phần hóa học trong thép đến tính chất cơ lý của thép, phân loại thép theo thành phầnhóa học của thép và theo phương pháp để lắng thép.Trả lời:*Các thuộc tính cơ bản của thép là thể hiện ở cường độ chảy, cường độ chịu kéo đứt, độ dẻo,độ rắn và độ dai. Thí nghiệm với mẫu thép chịu kéo một phương, ta có đường cong quan hệứng suất - biến dạng điển hình như hình vẽ-Cường độ chảy (Fy) là trị số ứng suất mà tại đó xảy ra sự tăng biến dạng mà ứng suất khôngtăng.-Cường độ chịu kéo (Fu) là trị số ứng suất lớn nhất đạt được trong thí nghiệm kéo.-Độ dẻo là chỉ số của vật liệu phản ánh khả năng giữ được biến dạng quá đàn hồi mà khôngxảy ra phá hoại. Nó có thể được tính bằng tỷ số giữa độ giãn khi phá hoại và độ giãn ở điểmchảy đầu tiên.-Độ rắn là thuộc tính của vật liệu cho phép chống lại sự mài mòn bề mặt.-Độ dai là thuộc tính của vật liệu cho phép tiêu hao năng lượng mà không xảy ra phá hoại.*Quá trình luyện thépLuyện thép là quá trình nung nóng chảy các nguyên liệu thành phần bao gồm quặng sắt, thancốc, đá vôi và các phụ gia hóa học khác, tạo ra sản phẩm chính là phôi thép.Phôi thép hay thép bán thành phẩm là một hợp chất có thành phần chính là sắt và các nguyêntố hóa học khác như Al, Cu, Zn, Ni, Mn, Cr, Si, C, S, P, N,...*Ảnh hưởng của của các nguyên tố hóa họcCác nguyên tố hóa học trong thép có ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất cơ lý của thép.C: làm tăng cường độ và độ cứng của thép, nhưng lại làm giảm tính dẻo, tính dai và tính hànCr, Cu: nâng cao cường độ và tính chống gỉ của thépAl, Si: khử ôxi trong thép nóng chảy, làm cho thép đồng nhất hơnMn: Kiềm chế ảnh hưởng xấu của SS: có hại, làm giảm tính dẻo, tính dai, tính hàn và chất lượng bề mặt của thépP: nói chung là có hại,...* Phân loại thépTheo thành phần hoá học của thép: 2 loại- Thép các bon: là thép có chứa C ≤ 1,7% và không chứa các nguyên tố kim loại khác.Tùy theo hàm lượng C, người ta lại chia thép các bon làm 3 loại+ Thép các bon thấp (C ≤ 0,22%): là loại được sử dụng chủ yếu trong xây dựng, nênnó còn được gọi là thép xây dựng hay thép công trình+ Thép các bon vừa (0,22% < C ≤ 0,6%): là loại được sử dụng chủ yếu trong chế tạomáy+ Thép các bon cao (0,6% < C ≤ 1,7%): là loại được sử dụng chủ yếu trong chế tạodụng cụ.- Thép hợp kim: là thép có chứa thêm các nguyên tố hóa học khác như Al, Cu, Zn, Ni,Cr, Mn, Si,...nhằm nâng cao chất lượng của thép, như tăng độ bền, tăng tính chống gỉ. Tùytheo hàm lượng của các nguyên tố kim loại thêm vào thép, người ta chia thép hợp kim làm 3loại: Thép hợp kim thấp, vừa và cao. Trong đó, thép hợp kim thấp (hàm lượng các nguyên tốkim loại thêm vào ≤ 2,5%) được sử dụng chủ yếu trong xây dựng.*Theo phương pháp để lắng thép: Thép nóng chảy từ lò luyện được rót qua các khuôn và đểnguội cho kết tinh lại. Tùy theo phương pháp để nguội (lắng), ta chia thép làm 3 loại- Thép sôi: Khi thép nguội, do có nhiều bọt khí như O2, CO2, N2,... bốc ra (trông nhưsôi), các bọt khí này tạo nên những chỗ không đồng nhất trong cấu trúc của thép. Thép sôi cóchất lượng không tốt, dễ bị phá hoại giòn, lão hóa- Thép tĩnh: khi thép nguội, người ta đã cho thêm vào một số phụ gia hóa học. Các phụgia hóa học này sẽ tác dụng với các bọt khí, tạo lên các lớp xỉ nổi trên bề mặt, do vậy cấu trúccủa thép rất đồng nhất và đặc chắc. Thép tĩnh có chất lượng tốt và chịu lực động tốt hơn,vì vậy giá thành cũng đắthơn.- Thép nửa tĩnh: là thép trung gian giữa 2 loại thép trên, do các bọt khí không đượckhử hoàn toàn.nên chất lượng và giá thành cũng là trung gian giữa 2 loại trên.3. Trình bày khái niệm các tính chất cơ học chủ yếu, ứng suất dư, gia công nhiệt của thép, nêu các sảnphẩm thương mại và các loại thép công trình theo 22 TCN 272-05.Trả lời:*Gia công nhiệtĐể nâng cao các tính chất cơ lý của thép, người ta thường sử dụng phương pháp gia côngnhiệt. Có 2 loại gia công nhiệt:- Gia công nhiệt làm nguội chậm: là phương pháp tôi bình thường đã được tiêu chuẩnhóa. Nó bao gồm việc nung nóng chảy thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt một thời gianthích hợp, tiếp theo làm nguội chậm trong không khí. Phương pháp này làm tăng tính dẻo,tính dai, giảm độ cứng và khử ứng suất dư.- Gia công nhiệt làm nguội nhanh: được sử dụng chủ yếu cho thép cầu, quá trình còn0được gọi là tôi nhúng. Nó bao gồm việc nung nóng thép đến khoảng 900 C, giữ nhiệt độ mộtthời gian, sau đó làm lạnh nhanh bằng cách nhúng vào một bể dầu hoặc nước. Sau khi nhúng0thép được đốt nóng khoảng 500 C, giữ nhiệt độ, sau đó làm nguội chậm. Tôi và nhúng làmthay đổi vi cấu trúc của thép, làm phát triển cường độ, độ cứng và độ dẻo dai của thép.* Ứng suất dưỨng suất tồn tại trong các bộ phận kết cấu mà không do tác động của bất kỳ ngoại lực nàođược gọi là ứng suất dư. Điều quan trọng là nhận biết sự có mặt của nó vì ứng suất dư ảnhhưởng đến cường độ của các cấu kiện chịu lực. Ứng suất dư có thể phát sinh trong quá trìnhgia công nhiệt, gia công cơ học hay quá trình luyện thép. Ứng suất dư do gia công nhiệt hìnhthành khi sự nguội xảy ra không đều. Ứng suất dư do gia công cơ học xảy ra do biến dạng dẻokhông đều khi bị kích ép. Ứng suất dư do luyện kim sinh ra do sự thay đổi cấu trúc phân tửcủa thép.Khi mặt cắt ngang được chế tạo bằng hàn ba chiều, ứng suất dư xuất hiện ở cả ba chiều. Sựđốt nóng và nguội đi làm thay đổi cấu trúc của kim loại và sự biến dạng thường bị cản trở, gâyra ứng suất dư kéo có thể đạt tới 400 MPa trong mối hàn.Nhìn chung, các mép của tấm và thép bình thường chịu ứng suất dư nén, khi được cắt bằngnhiệt thì chịu ứng suất dư kéo. Các ứng suất này được cân bằng với ứng suất tương đương códấu ngược lại ở vị trí khác trong cấu kiện. Hình 1.4 biểu diễn một cách định tính sự phân bốtổng thể ứng suất dư trong các thanh thép hàn và cán nóng. Chú ý rằng, các ứng suất tronghình này là ứng suất dọc thanh.Một nguyên tắc cơ bản để xác định ứng suất dư là thớ nguội lạnh trước chịu ứng suất dư nén,thớ nguội lạnh sau chịu ứng suất dư kéo.*Các sản phẩm thương mại và các loại thép công trình theo 22 TCN 272-05.-Thép các bon công trình: Một trong những đặc trưng chủ yếu của thép các bon công trình là có điểm chảy đượcnhận biết rõ và tiếp theo là một thềm chảy dài. Nó biểu thị tính dẻo tốt, cho phép phân phối lại ứng suất cục bộ màkhông đứt gãy. Thuộc tính này làm cho thép các bon đặc biệt phù hợp khi sử dụng làm chi tiết liên kết. Thép cácbon có tính hàn tốt và thích hợp cho bản, thanh và các thép cán định hình trong xây dựng.-Thép hợp kim thấp cường độ cao: Các thép này có thành phần hoá học được hạn chế để phát triển cường độchảy và cường độ kéo đứt lớn hơn thép các bon nhưng lượng kim loại bổ sung nhỏ hơn trong thép hợp kim. Cườngđộ chảy cao hơn (Fy = 345 MPa) đạt được trong điều kiện cán nóng hơn là qua gia công nhiệt. Thép hợp kim thấpcường độ cao có tính hàn tốt và thích hợp cho bản, thanh và các thép cán định hình trong xây dựng. Các hợp kimnày có sức kháng gỉ trong không khí cao hơn.-Thép hợp kim thấp gia công nhiệt:Thép hợp kim thấp cường độ cao có thể được gia công nhiệt để đạt được cường độ chảy cao hơn (Fy = 485 MPa).Thành phần hoá học cho các cấp 345W và 485W là gần như nhau. Việc xử lý nhiệt (tôi thép) làm thay đổi cấu trúcvi mô của thép và làm tăng cường độ, độ rắn và độ dai.- Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao : Thép hợp kim là loại thép có thành phần hoá học không phải nhưtrong thép hợp kim thấp cường độ cao. Phương pháp gia công nhiệt tôi nhúng được thực hiện tương tự như đối vớithép hợp kim thấp nhưng thành phần khác nhau của các nguyên tố hợp kim làm phát triển cường độ cao hơn (Fy =690 MPa) và tính dai lớn hơn ở nhiệt độ thấp.ROAD & BRIDGE4. Trình bày phương trình tổng quát của các trạng thái giới hạn, giải thích các đại lượng trong công thức,nêu yêu cầu tính toán đối với các TTGH khi thiết kế kết cấu thép theo 22 TCN 272-05.Trả lời:Tiêu chuẩn TK cầu 22 TCN 272-05 dựa theo phương pháp thiết kế của LRFD. Công thức ηi .γ i .Qi φR n  R rtổng quát (cơ bản) của tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 làTrong đó:Qi=Hiệu ứng tải trọng thứ i theo qui định ( nội lực do tải trọng hoặc các tác động bên ngoài sinh ra)γi= hệ số tải trọng theo thống kêRn= sức kháng danh định của kết cấuφ= hệ số sức kháng theo thống kê của sức kháng danh địnhRr=sức kháng tính toán (có hệ số) của kết cấuhệ số điều chỉnh tải trọng. ηi= ηD.ηR.ηI≥0,95 D hệ số dẻo R hệ số dư thừa I hệ số xét tới tầm quan trọng của kết cấu.Hai hệ số đầu có liên quan tời cường độ của kết cấu, hệ số thứ 3 có liên quan tới sự làm việc của kết cấu ở trạngthái giới hạn sử dụng.Trừ trạng thái giới hạn cường độ, đối với tất cả các TTGH khác, ηD = ηR = 1,0Tính dẻo là một yếu tố quan trọng đối với sự an toàn của cầu. Nhờ tính dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽphân bố nội lực sang các bộ phận khác, do đó kết cấu có dự trữ độ bền. Nếu vật liệu không dẻo thì kết cấu sẽ bị pháhoại đột ngột khi bị quá tải ⇒ phá hoại giònTính dưTính dư có tầm quan trọng đặc biệt đối với khoảng an toàn của kết cấu cầu . Một kết cấu siêutĩnh được xem là dư thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu cầu cân bằng tĩnh học. Các kết cấu có nhiềuđường truyền lực và kết cấu liên tục cần được sử dụng trừ khi có những lý do bắt buộc khác. Khái niệm nhiềuđường truyền lực là tương đương với tính dư thừa. Các đường truyền lực đơn hay các kết cấu cầu không dư đượckhuyến cáo không nên sử dụng. Các bộ phận hoặc cấu kiện chính mà sự hư hỏng của chúng gây ra sập đổ cầu phảiđược coi là có nguy cơ hư hỏng và hệ kết cấu liên quan không có tính dư, các bộ phận có nguy cơ hư hỏng có thểđược xem là phá hoại giònTầm quan trọng trong khai thácĐiều quy định này chỉ dùng cho trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt.Chủ đầu tư có thể công bố một cầu hoặc bất kỳ cấu kiện hoặc liên kết nào của nó là loại cầuquan trọng trong khai thác.ROAD & BRIDGECác trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05TTGH là trạng thái mà vượt qua nó kết cấu hay một bộ phận nào đó không hoàn thành đượcnhiệm vụ mà thiết kế đề ra. Tiêu chuẩn 05 đề cập tới 4 TTGH như sau:1. TTGH sử dụngTTGHSD phải xét đến như một biện pháp nhằm hạn chế đối với ứng suất, biến dạng và bềrộng vết nứt dưới điều kiện sử dụng bình thường.2. Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giònTrạng thái giới hạn mỏi phải được xét đến trong tính toán như một biện pháp nhằm hạn chế vềbiên độ ứng suất do một xe tải thiết kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến.Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải được xét đến như một số yêu cầu về tính bền của vậtliệu theo Tiêu chuẩn vật liệu.3. Trạng thái giới hạn cường độTrạng thái giới hạn cường độ phải được xét đến để đảm bảo cường độ và sự ổn định cục bộ vàổn định tổng thể được dự phòng để chịu được các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê,được định ra để cầu chịu được trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của nó.Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xetiêu chuẩn của cầu không xét đến gióTrạng thái giới hạn cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượtquá 25m/sTrạng thái giới hạn cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩncủa cầu với gió có vận tốc 25m/s4. Trạng thái giới hạn đặc biệtTrạng thái giới hạn đặc biệt phải được xét đến để đảm bảo sự tồn tại của cầu khi động đấthoặclũ lớnkhi bịsựtầucốthuỷ,xeva.sự điểm,cố này thườngxảymộtra vớicố.chu kỳ lớn tuổi thọ thiết kế của cầu,nêncoihoặclà nhữngbiệt÷cộvàtạiNhữngmỗihoặcthờixéthưởngđếnđượcđượctổ hợpvớilũ lụt lớn(T đặc= 100500năm)với cácchỉảnhcủasựxói lở.Tuy nhiên những sự cố này có thể6. Tại sao phải thực hiện liên kết trong kết cấu thép? So sánh ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của cáchình thức liên kết chủ yếu trong kết cấu thép (liên kết hàn, liên kết bu lông, liên kết đinh tán).Trả lời:6.1. Lý do phải thực hiện liên kết trong kết cấu thépChúng ta phải thực hiện liên kết trong KCT vì:- Do yêu cầu về cấu tạo- Do hạn chế về mặt vật liệu, vận chuyển, lắp ráp,...Do vậy, liên kết trong KCT là rất phổ biến và quan trọng, cần được đặc biệt quan tâm.6.2. Các hình thức liên kết trong kết cấu thépCho đến nay, trong KCT người ta đã sử dụng chủ yếu các phương pháp liên kết sau:- Liên kết đinh tán- Liên kết bu lông- Liên kết hàn- Liên kết keo dán,...Trong các kết cấu thép hiện nay, hai loại liên kết thường được sử dụng nhất là liên kết đinh vàliên kết hàn. Hình 2.1 giới thiệu một số dạng liên kết phổ biến trong kết cấu thép.Liên kết đinh là cụm từ chung dùng để chỉ các loại liên kết có dạng thanh thép tròn xâu qua lỗcủa các bộ phận cần liên kết. Như vậy, đinh đại diện cho đinh tán, bu lông, bu lông cường độcao, chốt …Trong đó loại liên kết đinh được sử dụng nhiều nhất và được đề cập trong chươngnày là liên kết bằng bu lông thường và liên kết bằng bu lông cường độ cao.Liên kết hàn có thể được dùng cho các mối nối ngoài công trường nhưng nói chung, chủ yếuđược sử dụng để nối các bộ phận trong nhà máy.Tuỳ theo trường hợp chịu lực, các liên kết được phân chia thành liên kết đơn giản hay liên kếtchịu lực đúng tâm, và liên kết phức tạp hay liên kết chịu lực lệch tâm.7. Trình bày cấu tạo bu lông, các hình thức liên kết bằng bu lông, các cách bố trí bu lông và nguyên tắcchọn bản ghép trong liên kết bu lông.Trả lời: Bu lông trong kết cấu thép cho đến nay có nhiều loại như bu lông thường, bu lông tinh chế, bulông cường độ cao. Bl thường và bl cường độ cao là hai loại bu lông được sử dụng nhiều nhất hiện nayBu lông thường và bu lông cườg độ cao đều có hình dạng như sau:Đặc điểm cấu tạo khác nhauBu lông thường:Bu lông thường được chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM A307, thép làm bu lông là thép các bonthấp. Cường độ chịu kéo của thép bu lông thường theo ASTM A307 cấp A là Fub = 420 MPa.Bu lông A307 có thể có đầu dạng hình vuông, lục giác hoặc đầu chìm. Bu lông thép thườngkhông được phép sử dụng cho các liên kết chịu mỏi.Bu lông cường độ cao:Bu lông cường độ cao được chế tạo theo ASTM A325/A325M hoặc A490/490M, thép làm bulông là thép cường độ cao. Theo ASTM A325M thì cường độ chịu kéo của thép bu lôngcường độ cao là Fub = 830MPa cho các đường kính d = 16 ÷ 27 mm và Fub = 725 MPa cho cácđường kính d = 30 ÷ 36 mm. Bu lông cường độ cao có thể dùng trong các liên kết chịu ma sáthoặc liên kết chịu ép mặt.Các hình thức liên kết bl:- Đối với thép tấm:có thể dùng một lk đối đầu có 2 bản ghép hoặc 1 bản ghép hoặc có thể dùng 1 lk chồng.-Đối với thép hình:khi lk đố đầu các thép hình được nối bằng các bản ghép và có thể nối bằng thép góc.Cách bố trí bl:-Để tiện cho việc chế tạo và thực hiện liên kết, trong cùng một liên kết, tốt nhất chỉ nên dùngmột loại bu lông.-Khi bố trí các bu lông ta nên bố trí càng đơn giản càng tốt. Do vậy, người ta thường bố trí bulông theo 2 kiểu là bố trí đều hay bố trí // và bố trí so le hay bố trí hoa mai.-Số bu lông trên một dãy đinh phải chọn tối thiểu là 2 bu lông.-Khoảng cách từ tm tới tim của 2 bu lông không nhỏ hơn 3d với d là đường kính của bu lông.-K/c từ tim lỗ tới cấu kiện nói chung không lớn hơn 8 lần chiều dày của thanh nối mỏng nhất và không lớn hơn125mmNguyên tắc chọn bản ghép trong liên kết bu lông:Khi chọn kích thước bản ghép, ta phải tuân thủ nguyên tắc: tổng diện tích của các bản ghépphải ≥ diện tích của bản thép được nối, đồng thời sự phân bố của các bản ghép cũng phảigiống như của cấu kiện được liên kết.Try your best!10108. Trình bày các loại lỗ bu lông và phạm vi sử dụng của chúng, các loại khoảng cách và ý nghĩa của các quyđịnh về khoảng cách trong liên kết bu lông (có hình vẽ minh hoạ).Trả lời:Các loại lỗ bl và phạm vi sử dụng:Lỗ chuẩn là loại lỗ tốt nhất, được sử dụng cho mọi loại liên kết, tuy vậy việc thi công rất khókhăn.Lỗ quá cỡ có thể dùng trong mọi lớp của liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát. Khôngdùng lỗ quá cỡ trong liên kết kiểu ép mặt.Lỗ ô van: Lỗ ô van ngắn có thể dùng trong mọi lớp của liên kết chịu ma sát hoặc ép mặt. Trong liên kếtchịu ma sát, cạnh dài lỗ ô van được dùng không cần chú ý đến phương tác dụng của tải trọng,nhưng trong liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ ô van cần vuông góc với phương tác dụng củatải trọng. Lỗ ô van dài chỉ được dùng trong một lớp của cả liên kết chịu ma sát và liên kết chịu ép mặt. Lỗ ô van dài có thể được dùng trong liên kết chịu ma sát không cần chú ý đến phươngtác dụng của tải trọng, nhưng trong liên kết chịu ép mặt, cạnh dài lỗ ô van cần vuông góc vớiphương tác dụng của tải trọng.Các loại khoảng cách và ý nghĩa của các quy định về khoảng cách trong liên kết bu lông: S = bước dọc giữa các bu lông, là khoảng cách giữa 2 bu lông kề nhau trên cùng mộtmột dãy đinh.g = khoảng cách ngang giữa các bu lông, là khoảng cách giữa 2 dãy đinh kề nhau Le = khoảng cách cuối, là khoảng cách từ bu lông ngoài cùng đến mép thanh đo theophương // với phương tác dụng của tải trọngd =đường kính bu longdh = đường kính lỗ bu longTiêu chuẩn 05 quy định:- Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông: Khoảng cách từ tim đến tim bu lông 2 bulông tối thiểu là 3d với d là đường kính bu lông.- Khoảng cách tối đa giữa các bu lông bít: Khoảng cách giữa các bu lông của hàng bulông đơn ngoài kề với cạnh tự do của bản nối hay thép hình phải thỏa mãn:S ≤ (100 + 4,0t) ≤ 175mm-Nếu có hàng bu lông thứ 2 bố trí đều so le với hàng gần mép tự do, tại khoảng cách lực ma sát, nên các bản thép sẽ trượt lên nhau.Thân bl sẽ tỳ sát (ép mặt) vào thành lỗ bu lông, ngăn cản lại sự trượt của các bản thép;nên thân bl sẽ chịu cắt, lỗ bl sẽ chịu ép mặt.Gđ3: Khi P tiếp tục tăng tới một trị số giới hạn nào đó, thì liên kết sẽ bị phá hoại theo1 trong 2 trường hợp sau:Trường hợp 1: Thân bu lông bị cắt đứt. Trường hợp này xảy ra khi đường kính vàcường độ bu lông nhỏ tương đối so với chiều dày và cường độ các bản thép. Sức kháng chốnglại sự phá hoại theo trường hợp này, gọi là sức kháng cắt của bu lông.Trường hợp 2: Lỗ bu lông bị xé rách. Trường hợp này xảy ra khi chiều dày và cườngđộ của các bản thép nhỏ tương đối so với đường kính và cường độ của bu lông. Sức khángchống lại sự phá hoại theo trường hợp này, gọi là sức kháng ép mặt của bu lông.Xác định sức kháng cắt:Khi L ≤ 1270mm, thì sức kháng cắt danh định của 1 bu lông được xác định như sau:Đối với bu lông thường: Rns1 = 0,38 Ab Fub NsĐối với bu lông CĐC: Rns1 = 0,38 Ab Fub Nskhí đường ren răng nằm trong mặt phẳng cắt,hoặc Rns1 =0,48AbFub Ns khi đường ren răng không nằm trong mặt phẳng cắt.Ab = diện tích tiết diện ngang bu lôngFub = cường độ chịu kéo của thép làm bu lôngNs = số mặt phẳng chịu cắt của 1 bu lông.Khi L > 1270mm thì sức kháng cắt danh định của một bu lông chỉ bằng 80% sức kháng cắtcủa một bu lông khi L ≤ 1270mm.Sức kháng cắt tính toán của 1 bu lông: Rrs1 = Φs Rns1Trong đó: Φs = hệ số sức kháng khi bu lông chịu cắt. ta có Φs = 0,65 bl thường và Φs = 0,8 đối với bl CĐC.Sức kháng ép mặt của một bu lôngTheo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, sức kháng ép mặt danh định của 1 bu lông cụthể như sau:Đối với các lỗ chuẩn, lỗ quá cỡ, lỗ ô van ngắn chịu tác dụng lực theo mọi phương và lỗ ô vandài song song với phương lực tác dụng:Rnbb1 = 2,4 d t Fukhi Lc> 2d, hoặcRnbb1 = 1,2 Lc t Fukhi Lc ≤ 2dĐối với các lỗ ô van dài vuông góc với phương lực tác dụng:khi Lc> 2d, hoặcRnbb1 = 2,0 d t FuRnbb1 = 1,0 Lc t FuTrong đó:khi Lc≤2dROAD & BRIDGELc = Chiều dài chịu ép mặt của bu longt = chiều dày cấu kiện (bản thép) bị ép mặtd = đường kính bu lôngFu = cường độ chịu kéo của bản thép bị ép mặt10. Trình bày đặc điểm chế tạo, đặc điểm chịu lực và cách tính toán sức kháng trượt của liên kết bu lôngcường độ cao làm việc ma sát.Đặc điểm chế tạoLiên kết bu lông cường độ cao khác liên kết bu lông thường ở chỗ là khi thực hiện liên kết thìliên kết bu lông CĐC sử dụng cờ lê đo lực để thực hiện. Theo TC 05, mỗi bu lông CĐC phảiđược vặn bằng cờ lê đo lực để sao cho trong thân mỗi bu lông phải có một lực kéo tối thiểutheo quy định. Lực kéo trong thân bu lông CĐC sẽ làm ép xít (ép chặt) các bản nối lại vớinhau, làm cho giữa các bản nối có một lực ma sát rất lớn.Đặc điểm chịu lực Khi tính toán liên kết bulông CĐC, TC 05 quy định phải xét liên kết ở 2 TH sau:Trường hợp 1: Cho phép các bản nối trượt lên nhau (TTGHCĐ), khi đó sự làm việccủa liên kết bu lông CĐC giống liên kết bu lông thường.Trường hợp 2: Không cho phép các bản thép được trượt lên nhau (TTGHSD), khi đóliên kết bu lông CĐC sẽ làm việc theo 2 giai đoạn như sau:Gđ1: Khi tải trọng P còn nhỏ, lực trượt giữa các bản thép ≤ lực ma sát, các bản thépchưa trượt lên nhau hay liên kết chưa bị phá hoại.Gđ2: Khi tải trọng P tăng tới một trị số nào đó, thì lực trượt giữa các bản thép > lựcma sát, các bản thép sẽ trượt lên nhau hay liên kết bị phá hoại. Sức kháng chống lại sự trượtcủa các bản thép được gọi là sức kháng trượt hay sức kháng ma sát của bu lông CĐCTính toán sức kháng trượt của liên kết bu lông cường độ cao làm việc ma sát.Để ngăn ngừa sự trượt, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 quy định việc tính toán phảiđược tiến hành với tổ hợp tải trọng sử dụng. Sức kháng trượt của bu lông cường độ cao, về cơbản, là một hàm của tích số giữa hệ số ma sát tĩnh và lực căng trước trong bu lông.Rn = kh ks Ns PtTrong đó:Ns = số mặt ma sát của mỗi bu lông (thực tế bằng số mặt phẳng chịu cắt của mỗi bu lông),Pt = lực kéo tối thiểu yêu cầu trong bu lông, được quy định trong bảng 2.3 dưới đây,Kh = hệ số kích thước lỗ, được quy định trong bảng 2.4, vàKs = hệ số điều kiện bề mặt, được quy định trong bảng 2.5.11. Phân loại liên kết theo vị trí tác dụng của tải trọng. Trình bày cách tính toán liên kết bu lông chịu cắtdưới tác dụng đồng thời của lực cắt và mô men.Phân loại liên kết theo vị trí tác dụng của tải trọngTùy theo vị trí tác dụng của tải trọng, liên kết có thể chia làm 2 loại:-Lk đơn giản: là lk chịu tác dụng của tải trọng đi qua trọng tâm của lk hay liên kết chịu lực đúng tâm.-Liên kết phức tạp: là lk có lực tác dụng không đi qua trọng tâm của lk hay liên kết chịu lực lệch tâm.Cách tính toán liên kết bu lông chịu cắt dưới tác dụng đồng thời của lực cắt và mô men.Tự học sbgROAD & BRIDGE12. Trình bày khái niệm về phá hoại cắt khối, viết công thức xác định sức kháng phá hoại cắt khối (sứckháng cắt và kéo đồng thời) và giải thích các đại lượng trong công thức.Sức kháng phá hoại cắt khối (sức kháng cắt và kéo kết hợp) tự vẽ minh họaKhi chịu tác dụng của tải trọng, liên kết bu lông có thể bị phá hoại do thân bu lông bị cắt đứt hoặc lỗ bu lông bị xérách hoặc do các bản nối trượt lên nhau trong liên kết bu lông CĐC chịu ma sát. Liên kết bu lông còn có thể bị pháhoại do bị phá hoại cắt khối. Vậy, phá hoại cắt khối là gì?Phá hoại cắt khối là hiện tượng liên kết bị phá hoại do một phần của thanh nối (1 khối) bị bật ra khỏi thanhnối. Khi tính toán, TC 05 chỉ xem xét khối vật liệu bị bật ra khỏi thanh nối do bị phá hoại theo các mặt cắt songsong và vuông góc với phương tác dụng của tải trọng.TC 05 quy định, sức kháng phá hoại cắt khối tính toán được xác định như sau:Rrbs = Φbs Rnbs = 0,8 (0,58 FyAvg + Fu Atn)Rrbs = Φbs Rnbs = 0,8 (0,58 FuAvn + FyAtg)hokhi Atn≥ 0,58 Avn, ặckhi Atn< 0,58 AvnFy, Fu = cường độ chảy, cường độ chịu kéo của bản thép bị pháhoại cắt khốiAvg, Avn = diện tích nguyên, diện tích thực của mặt phẳng chịucắtAtg, Atn = diện tích nguyên, diện tích thực của mặt phẳng chịukéoΦbs = hệ số sức kháng khi cấu kiện bị phá hoại cắt khối, tra bảng,ta có Φbs = 0,8.13. Trình bày các hình thức liên kết bằng đường hàn, phân loại đường hàn, các giới hạn kích thước củađường hàn góc theo 22 TCN 272-05. Nêu cách tính toán sức kháng cắt của đường hàn góc (có hình vẽ minhhoạ).Các hình thức liên kết bằng đường hànLiên kết bằng đường hàn có các hình thức liên kết chính sau:-Liên kết bằng (đường hàn đối đầu hay đường hàn rãnh)-Liên kết chồng (đường hàn góc)-Liên kết hỗn hợp (đường hàn đối đầu và đường hàn rãnh)-Ngoài ra, còn có một số hình thức liên kết hàn khác như hàn đính, hàn đinh tánPhân loại đường hànPhân loại theo cấu tạo đường hàn: 2 loại (hình 2.18)-Đường hàn rãnh (đường hàn đối đầu): đối đầu thẳng và đối đầu xiên-Đường hàn góc: đường hàn đầu và đường hàn mép.Phân loại theo chiều dài đường hàn: -đường hàn liên tục và -đường hàn gián đoạnPhân loại theo vị trí trong không gian:-Đường hàn nằm-Đường hàn ngược-Đường hàn đứng: đứng thẳng, đứng ngang, đứng xiênPhân loại theo vị trí chế tạo: -đường hàn nhà máy và -đường hàn công trườngĐường hàn góc:Loại đường hàn này chiếm khoảng 80% lượng hàn kết cấu, do dễ chế tạo và tiết kiệm vật liệuhơn. Đây là loại đường hàn phổ biến nhất trong KCT, nó rất đa dạng như hình 2.22 dưới đây Đường hàn góc đượctạo ra giữa hai góc của cấu kiện liên kết, nên tiết diện ngang của đườnghàn góc thường có dạng tam giác vuông cân. Cạnh của tam giác gọi là kích thước của đườnghàn góc (hay chiều dày, chiều cao), ký hiệu là w. Khi hai cạnh của tam giác không đều nhauthì kích thước của đường hàn được tính theo cạnh nhỏ hơn. Hình 2.23 dưới đây mô tả kíchthước của đường hàn góc.Giới hạn kích thước của đường hàn góc theo tiêu chuẩn 05 (A6.13.3.4)a) Kích thước lớn nhất và nhỏ nhất yêu cầu của đường hàn góc*Chiều dày lớn nhất của đường hàn góc được quy định như sau:Bằng chiều dày bản nối, khi chiều dày bản nối < 6mm;Bằng chiều dày bản nối - 2mm, khi chiều dày bản nối ≥ 6mm.*Chiều dày nhỏ nhất của mối hàn góc phải được quy định như sau:Bằng 6mm, khi chiều dày thép cơ bản của bản nối mỏng hơn ≤ 20mm;Bằng 8mm, khi chiều dày thép cơ bản của bản nối mỏng hơn > 20mm.b) Diện tích có hiệu của đường hàn gócDiện tích có hiệu của đường hàn góc = chiều dài có hiệu x chiều dày có hiệu của đường hàngóc.Chiều dày có hiệu của đường hàn góc là khoảng cách nhỏ nhất từ góc đến mặt đường hàn =w.cos450 = 0,707w.Chiều dài có hiệu của đường hàn góc bằng chiều dài đường hàn. TC 05 quy định, chiều dài cóhiệu của đường hàn góc không được nhỏ hơn 4w hoặc 40mm.Diện tích có hiệu của đường hàn góc chính là diện tích của mặt phẳng nhỏ nhất dọc theođường hàn hay mặt phẳng phá hoại (Hình 2.24)cách tính toán sức kháng cắt của đường hàn gócTC 05 quy định, sức kháng cắt của đường hàn góc phải được lấy bằng trị số nhỏ hơn của hai trị số sau:-Sức kháng cắt của kim loại đường hàn Rrw;-Sức kháng cắt của kim loại cơ bản Rrb.Sức kháng cắt của 1 đơn vị chiều dài (1mm) đường hàn:Rrw1 = Φe2 Rnw1 = 0,8 (0,6 Fexx 0,707w)Sức kháng cắt của 1 đơn vị chiều dài (1mm) kim loại cơ bản:Rrb1 = Φv Rnb1 = 1,0 (0,58 Fy t)Trong đó:Φe2, Φv = hệ số sức kháng khi kim loại que hàn và kim loại cơ bản chịu cắt (tra bảng);Fexx = cường độ chịu kéo của kim loại que hàn hay cường độ phân loại của kim loạique hàn (tra bảng);Fy = cường độ chảy của kim loại cơ bản;t = chiều dày của kim loại cơ bản.14. Trình bày cấu tạo đường hàn rãnh và đường hàn góc, các giới hạn kích thước của đường hàn góc theo22 TCN 272-05. Nêu cách tính toán sức kháng cắt của đường hàn góc (có hình vẽ minh hoạ).Cấu tạo đường hàn rãnh và đường hàn gócTrong KCT, chúng ta sử dụng chủ yếu 2 loại đường hàn là đường hàn rãnh và đường hàn góc.Đường hàn rãnh (đường hàn đối đầu)Loại đường hàn này chiếm khoảng 15% lượng hàn kết cấu, sử dụng để liên kết 2 tấm thépnằm trong cùng một mặt phẳng hoặc đặt theo kiểu chữ TPhần lớn các đường hàn rãnh đều phải yêu cầu gia công mép và được đặt tên theo hình mépđược gia công (hình 2.20). Việc gia công mép này có thể bằng bào hoặc bằng hơi axêtylen Việc gia công mépnhằm đảm bảo cho mối hàn được ngấu hoàn toàn. Khi gia công mépkhông tốt hoặc không đúng cách thì đường hàn sẽ không phủ hết chiều dày cấu kiện, ta gọiđường hàn đó là ngấu không hoàn toàn hay ngấu từng phần (Hình 2.21)Đường hàn góc:Loại đường hàn này chiếm khoảng 80% lượng hàn kết cấu, do dễ chế tạo và tiết kiệm vật liệuhơn. Đây là loại đường hàn phổ biến nhất trong KCT, nó rất đa dạng như hình 2.22 dưới đây(tự vẽ)Đường hàn góc được tạo ra giữa hai góc của cấu kiện liên kết, nên tiết diện ngang của đườnghàn góc thường có dạng tam giác vuông cân. Cạnh của tam giác gọi là kích thước của đườnghàn góc (hay chiều dày, chiều cao), ký hiệu là w. Khi hai cạnh của tam giác không đều nhauthì kích thước của đường hàn được tính theo cạnh nhỏ hơn. Hình 2.23 dưới đây mô tả kíchthước của đường hàn góc.Giới hạn kích thước của đường hàn góc theo tiêu chuẩn 05 (A6.13.3.4)a) Kích thước lớn nhất và nhỏ nhất yêu cầu của đường hàn góc*Chiều dày lớn nhất của đường hàn góc được quy định như sau:Bằng chiều dày bản nối, khi chiều dày bản nối < 6mm;Bằng chiều dày bản nối - 2mm, khi chiều dày bản nối ≥ 6mm.*Chiều dày nhỏ nhất của mối hàn góc phải được quy định như sau:Bằng 6mm, khi chiều dày thép cơ bản của bản nối mỏng hơn ≤ 20mm;Bằng 8mm, khi chiều dày thép cơ bản của bản nối mỏng hơn > 20mm.b) Diện tích có hiệu của đường hàn gócDiện tích có hiệu của đường hàn góc = chiều dài có hiệu x chiều dày có hiệu của đường hàngóc.Chiều dày có hiệu của đường hàn góc là khoảng cách nhỏ nhất từ góc đến mặt đường hàn =w.cos450 = 0,707w.Chiều dài có hiệu của đường hàn góc bằng chiều dài đường hàn. TC 05 quy định, chiều dài cóhiệu của đường hàn góc không được nhỏ hơn 4w hoặc 40mm.Diện tích có hiệu của đường hàn góc chính là diện tích của mặt phẳng nhỏ nhất dọc theođường hàn hay mặt phẳng phá hoại (Hình 2.24)cách tính toán sức kháng cắt của đường hàn gócTC 05 quy định, sức kháng cắt của đường hàn góc phải được lấy bằng trị số nhỏ hơn của hai trị số sau:-Sức kháng cắt của kim loại đường hàn Rrw;-Sức kháng cắt của kim loại cơ bản Rrb.Sức kháng cắt của 1 đơn vị chiều dài (1mm) đường hàn:Rrw1 = Φe2 Rnw1 = 0,8 (0,6 Fexx 0,707w)Sức kháng cắt của 1 đơn vị chiều dài (1mm) kim loại cơ bản:Rrb1 = Φv Rnb1 = 1,0 (0,58 Fy t)Trong đó:Φe2, Φv = hệ số sức kháng khi kim loại que hàn và kim loại cơ bản chịu cắt (tra bảng);Fexx = cường độ chịu kéo của kim loại que hàn hay cường độ phân loại của kim loạique hàn (tra bảng);Fy = cường độ chảy của kim loại cơ bản;t = chiều dày của kim loại cơ bản.16. Trình bày đặc điểm cấu tạo và các nội dung kiểm toán cấu kiện thép chịu kéo dọc trục. Giảithích cách xác định các đại lượng có mặt trong các công thức tính toán.Cấu kiện chịu kéo dọc trục là cấu kiện chỉ chịu tác dụng của lực kéo dọc trục cấu kiện haychịu kéo đúng tâm.Cấu kiện chịu kéo thường gặp trong các khung ngang và giằng dọc của hệ dầm cầu cũng nhưtrong các cầu giàn, cầu giàn vòm. Dây cáp và thanh treo trong cầu treo và cầu dây văng cũnglà những cấu kiện chịu kéo.Điều quan trọng là phải biết cấu kiện chịu kéo được liên kết với các cấu kiện khác trong kếtcấu như thế nào. Nói chung, đây là các chi tiết liên kết quyết định sức kháng của một cấu kiệnchịu kéo và chúng cần được đề cập trước tiên.Sức kháng của cấu kiện chịu kéo phụ thuộc diện tích tiết diện ngang, cấu tạo liên kết 2 đầu vàcường độ vật liệu. Chính vì điều này, nên tiết diện ngang của cấu kiện chịu kéo rất đa dạng vàcó thể có dạng tiết diện bất kỳCó hai dạng liên kết cho các cấu kiện chịu kéo: liên kết bu lông và liên kết hàn. Một liên kếtbu lông đơn giản giữa hai bản thép được cho trong hình 3.2. Rõ ràng, lỗ bu lông gây giảm yếumặt cắt ngang nguyên của cấu kiện. Lỗ bu lông còn gây ứng suất tập trung ở mép lỗ, ứng suấtnày có thể lớn gấp ba lần ứng suất đều ở một khoảng cách nào đó đối với mép lỗ (hình 3.2).Sự tập trung ứng suất xảy ra khi vật liệu làm việc đàn hồi sẽ giảm đi ở tải trọng lớn hơn do sựchảy dẻo.Một mối nối đơn giản bằng hàn giữa hai bản thép được biểu diễn trên hình 3.3. Trong liên kếthàn, mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện không bị giảm yếu. Tuy nhiên, ứng suất trong bản bịtập trung tại vị trí kề với đường hàn và chỉ trở nên đều đặn kể từ một khoảng cách nào đó tới đường hànNhững sự tập trung ứng suất ở vị trí kề với liên kết này là do một hiện tượng được gọi là sựcắt trễ. Ở vùng gần với lỗ bu lông hoặc gần với đường hàn,ứng suất cắt phát triển làm choứng suất kéo ở xa lỗ bu lông hoặc đường hàn giảm đi so với giá trị lớn hơn tại mép.Tính duyệt: Sức kháng kéoCác kết quả thí nghiệm kéo thép cầu được thể hiện bằng các đường cong ứng suất-biến dạng(chương 1). Sauđiểm chảy với ứng suấtđạt tới Fy, ứng xử dẻo bắt đầu. Ứng suất gần nhưkhông đổi cho tới khi sự cứng hoá biến dạng làm ứng suất tăng trở lại trước khi giảm đi vàmẫu thử đứt đột ngột. Giá trị đỉnh của ứng suất cho mỗi loại thép được định nghĩa là cường độchịu kéo Fu của thép. Các giá trị của Fy và Fuđược cho trong bảng 1.5 đối với các loại thépcầu khác nhau.Khi lực kéo tác dụng tại đầu liên kết tăng lên, điểm có ứng suất lớn nhất tại mặt cắt nguy hiểmsẽ chảy đầu tiên. Điểm này có thể xuất hiện tại nơi có ứng suất tập trung như được chỉ ratrong hình 3.2 và 3.3 hoặc tại nơi có ứng suất dư kéo lớn. Khi một phần của mặt cắt nguyhiểm bắt đầu chảy và tải trọng tiếp tục tăng lên, xuất hiện sự phân phối lại ứng suất do sựchảy dẻo. Giới hạn chịu lực kéo thông thường đạt được khi toàn bộ mặt cắt ngang bị chảy.Sức kháng kéo của cấu kiện chịu lực dọc trục được xác định bởi giá trị nhỏ hơn của:Sức kháng kéo chảy của mặt cắt ngang nguyên;Sức kháng kéo đứt của mặt cắt ngang giảm yếu tại đầu liên kết.Sức kháng kéo chảy tính toán (có hệ số) được xác định bởi:Pry = Φy Pny = Φy Fy Agtrong đó:Φy= hệ số sức kháng kéo chảy của cấu kiện chịu kéo, tra bảng Φy = 0,95;Pny= sức kháng kéo chảy danh định trong mặt cắt nguyên;Fy= cường độ chảy của thép;Ag= diện tích mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện.Sức kháng kéo đứt tính toán (có hệ số) được xác định bởi:Pru = Φu Pnu = Φu Fu Aetrong đó:Φu= hệ số sức kháng kéo đứt của cấu kiện chịu kéo, tra bảng Φu = 0,8;Pnu= sức kháng kéo đứt danh định trong mặt cắt giảm yếu;Fu= cường độ chịu kéo của thép;Ae= diện tích mặt cắt thực hữu hiệu của cấu kiện.Đối với liên kết bu lông, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu là Ae = U Anvới An là diện tích mặt cắt thực của cấu kiện và U là hệ số chiết giảm xét đến cắt trễ.Đối với liên kết hàn, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu làAe = U AgHệ số chiết giảm U không dùng khi kiểm tra chảy mặt cắt nguyên vì sự chảy dẻo có xu hướnglàm đồng đều ứng suất kéo trên mặt cắt ngang do cắt trễ. Hệ số sức kháng đứt nhỏ hơn hệ số sức kháng chảy do có thể xảy rađứt gãy đột ngột trong vùng cứng hoá biến dạng của đường cong ứng suất-biến dạng.Try your best!2020câu 17 : Khái niệm về mất ổn định của cộtMất ổn định của cột là hiện tượng cột bị phá hoại trước khi vật liệu bị phá hoại (chảy dẻo) docột bị biến dạng quá lớn dưới tác dụng của ứng suất nén gây ra.Trong thép công trình, các mặt cắt ngang cột thường mảnh và các TTGH khác thường đạt tớitrước khi vật liệu bị phá hỏng. Các TTGH khác này có liên quan đến sự mất ổn định quá đànhồi và sự mất ổn định của cấu kiện mảnh. Chúng bao gồm mất ổn định cục bộ và mất ổn địnhxoắn ngang của cấu kiện chịu nén. Mỗi TTGH đều phải được kết hợp chặt chẽ trong các quytắc thiết kế được xây dựng để chọn cấu kiện chịu nén.Để nghiên cứu hiện tượng mất ổn định, trước hết xét một cột thẳng, đàn hồi tuyệt đối, hai đầuchốt. Khi lực nén dọc trục tác dụng vào cột tăng lên, cột vẫn thẳng và co ngắn đàn hồi cho đếnkhi đạt tải trọng tới hạn Pcr. Tải trọng tới hạn được định nghĩa là tải trọng nén dọc trục nhỏnhất mà ứng với nó, một chuyển vị ngang nhỏ làm cho cột bị cong ngang và tìm thấy một sựcân bằng mới. Định nghĩa về tải trọng tới hạn này được biểu diễn trên các đường cong tảitrọng - chuyển vị của hình 3.9.Trong hình 3.9, điểm mà tại đó có sự thay đổi ứng xử được gọi là điểm rẽ. Đường tải trọng chuyển vị là thẳng đứng cho tới điểm này, sau đó thân cột di chuyển sang phải hoặc sang tráituỳ theo hướng của tác động ngang. Khi độ võng ngang trở nên khác không, cột bị hư hỏng dooằn và lý thuyết biến dạng nhỏ dự báo rằng, không thể tiếp tục tăng lực dọc trục được nữa.Nếu sử dụng lý thuyết biến dạng lớn thì ứng suất phụ sẽ phát triển và đáp ứng tải trọng -chuyển vị sẽ tuân theo đường rời nét trên hình 3.9.Lời giải theo lý thuyết biến dạng nhỏ về vấn đề mất ổn định đã được Euler công bố năm 1759. Ông đãchứng minh rằng, tải trọng gây oằn tới hạn Pcr có thể được tính bằng công thức sau222218. Phân tích ứng suất trên mặt cắt thẳng góc của dầm thép I chịu uốn thuần tuý. Nêu khái niệm vàcách xác định mô men chảy, mô men dẻo.Phân tích ứng suất trên mặt cắt thẳng góc dầm chịu uốn thuần tuýXét mặt cắt I đối xứng hai trục trong hình 4.1, chịu uốn thuần tuý ở vùng giữa nhịp bởi hai lựctập trung bằng nhau. Giả thiết ổn định được đảm bảo và đường cong ứng suất-biến dạng củathép là đàn hồi - dẻo lý tưởng. Khi tải trọng tăng lên, mặt cắt ngang phẳng trước biến dạng thìvẫn phẳng sau biến dạng (giả thuyết Bécnuli) và biến dạng tăng cho tới khi các thớ ngoàicùng của mặt cắt đạt εy = Fy/E (hình 4.1b). Mô men uốn mà tại đó thớ đầu tiên bị chảy đượcđịnh nghĩa là mô men chảy My.Sự tăng tải trọng tiếp tục làm cho biến dạng và sự quay tăng lên, đồng thời, ngày càng cónhiều thớ của mặt cắt ngang bị chảy (hình 4.1c). Tình huống giới hạn là khi các biến dạng dotải trọng gây ra lớn đến mức toàn bộ mặt cắt ngang có thể được coi là đạt ứng suất chảy Fy(hình 4.1d). Lúc này, mặt cắt là dẻo hoàn toàn và mô men uốn tương ứng được định nghĩa làmô men dẻo Mp.Bất kỳ sự gia tăng tải trọng nào chỉ dẫn đến tăng biến dạng mà không làm tăng sức khánguốn. Giới hạn này của mô men có thể được thấy trên biểu đồ mô men-độ cong lý tưởng tronghình 4.2. Độ cong được xác định bằng mức độ thay đổi biến dạng hay đơn giản là độ nghiêngcủa biểu đồ biến dạngMÔ MEN CHẢY VÀ MÔ MEN DẺOKhả năng chịu mô men uốn của mặt cắt chữ I phụ thuộc trước hết vào khả năng chịu lực néncủa bản biên nén. Nếu bản biên nén được đỡ ngang liên tục và vách đứng vững chắc thì mấtổn định bản biên nén không thể xảy ra và mặt cắt ngang có thể phát triển mô men dẻo toànphần của nó, tức là Mn = Mp. Các mặt cắt ngang thoả mãn về gối đỡ ngang và các tỷ sốrộng/dày của bản biên và vách được gọi là các mặt cắt chắc. Các mặt cắt này biểu lộ ứng xửdẻo toàn phần và đáp ứng mô men-độ cong của chúng giống như đường trên cùng trong hình4.5.Nếu bản biên chịu nén được đỡ ngang với khoảng cách các gối đủ lớn để cho phép nó mất ổnđịnh cục bộ nhưng không mất ổn định tổng thể thì bản biên nén sẽ làm việc như một cột quáđàn hồi. Mặt cắt của cột quá đàn hồi sẽ là dạng chữ T, một phần của nó sẽ đạt ứng suất chảycòn phần kia thì không. Những mặt cắt như vậy là trung gian giữa ứng xử dẻo và ứng xử đànhồi và được gọi là những mặt cắt không chắc. Chúng có thể phát triển mô men chảy Mynhưng bị hạn chế đáp ứng dẻo như cho thấy trên đường cong ở giữa của hình 4.5.Nếu bản biên chịu nén được đỡ ngang với khoảng cách các gối đủ lớn để cho phép nó mất ổnđịnh xoắn ngang thì bản biên nén sẽ làm việc như một cột đàn hồi mà khả năng chịu lực củanó là lực gây oằn tới hạn tương tự Euler được giảm bớt bởi hiệu ứng xoắn. Sự mất ổn địnhcủa các mặt cắt này với tỷ số độ mảnh của cánh nén khá cao xảy ra trước khi mô men chảyMy có thể được đạt tới và các mặt cắt như vậy được gọi là mặt cắt mảnh. Ứng xử của mặt cắtmảnh được biểu diễn trên đường cong dưới cùng của hình 4.5.Các mặt cắt mảnh không khai thác vật liệu một cách hiệu quả và hầu hết những người thiết kế tránh dùngbằng cách bố trí đủ gối đỡ232321. Trình bày cách phân loại mặt cắt dầm thép I theo sự phát triển sức kháng uốn của mặt cắt.Giảithích trình tự kiểm tra để đánh giá mặt cắt là chắc, không chắc và mảnh ở TTGH cường độ về uốn.Phân loại mặt cắtMặt cắt ngang được phân biệt giữa chắc, không chắc và mảnh phụ thuộc vào tỷ số bề rộng/bềdày của các bộ phận chịu nén của nó và khoảng cách giữa các gối đỡ. Mặt cắt chắc là một mặtcắt có thể phát triển mô men dẻo toàn phần Mp trước khi mất ổn định xoắn ngang hoặc mất ổnđịnh cục bộ của bản biên hay của vách xảy ra. Mặt cắt không chắc là một mặt cắt có thể pháttriển một mô men bằng hay lớn hơn My nhưng nhỏ hơn Mp, trước khi mất ổn định cục bộ củabất cứ bộ phận chịu nén nào của nó xảy ra. Mặt cắt mảnh là một mặt cắt mà các bộ phận chịunén của nó là mảnh đến mức chúng bị mất ổn định cục bộ trước khi mô men đạt tới My. Sự sosánh đáp ứng mô men-độ cong của các mặt cắt này trong hình 4.5 cho thấy sự khác biệt trongứng xử của chúng.Các mặt cắt còn được phân chia thành các mặt cắt liên hợp và không liên hợp. Một mặt cắtliên hợp là mặt cắt mà trong đó tồn tại liên kết chống cắt được thiết kế thoả đáng giữa bản bêtông và dầm thép (hình 4.6). Một mặt cắt chỉ thuần thép hoặc có bản bê tông nhưng bản nàykhông được liên kết với dầm thép được coi là mặt cắt không liên hợp.Khi tồn tại liên kết chống cắt, bản bê tông và dầm thép phối hợp với nhau tạo ra sức khángmô men uốn. Trong các vùng chịu mô men dương, bản bê tông chịu nén và sức kháng uốn cóthể tăng lên rất nhiều. Trong các vùng chịu mô men âm, bản bê tông nằm ở vùng kéo và chỉcác cốt thép chịu kéo của nó mới bổ sung cho sức kháng uốn của dầm thép. Sức kháng uốncủa mặt cắt liên hợp còn được tăng lên do liên kết của bản bê tông với dầm thép tạo ra gối đỡngang liên tục cho biên nén của dầm và ngăn chặn sự mất ổn định xoắn ngang. Vì các ưuđiểm này, Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD 1998 khuyến nghị rằng, khi điều kiện kỹthuật cho phép, nên cấu tạo kết cấu dầm liên hợp.Giải thích trình tự :Trạng thái giới hạn cường độĐối với các mặt cắt chắc, sức kháng uốn có hệ số biểu diễn theo mô men được tính bằng côngthức Mr =φf Mn (4.2)trong đó φf là hệ số sức kháng đối với uốn tra bảng và Mn = Mp, với Mn là sức kháng danhđịnh được quy định cho một mặt cắt chắc và Mp là mô men dẻo.Đối với các mặt cắt không chắc, sức kháng uốn có hệ số được biểu diễn theo ứng suấtFr =φf Fn (4.3)với Fn là sức kháng danh định được quy định cho một mặt cắt không chắc.Sức kháng cắt có hệ số được cho bởiVr =φv Vn (4.4)trong đó φv là hệ số sức kháng đối với cắt tra bảng và Vn là sức kháng cắt danh định được quy định cho cácvách được tăng cường242422. Nêu vai trò của bản bụng (vách đứng) trong dầm thép chữ I. Khái niệm về mất ổn định và cácbiện pháp chống mất ổn định đối với bản bụng dầm. Trình bày cách xét đến ảnh hưởng của độmảnh vách đứng đối với sức kháng uốn của mặt cắt thép chữ I.Mất ổn định thẳng đứng của váchKhi mặt cắt chữ I chịu uốn, độ cong gây ra các ứng suất nén giữa các bản biên và vách củamặt cắt. Các ứng suất nén này được gây ra bởi thành phần thẳng đứng của lực ở bản biên nhưđược biểu diễn trong hình 4.15 cho một mặt cắt I đối xứng hai trục. Để phát triển mô menchảy My của mặt cắt, yêu cầu bản biên chịu nén phải đạt ứng suất chảy của nó Fyc trước khivách bị mất ổn định. Nếu vách quá mảnh thì nó sẽ bị oằn như một cột, bản biên chịu nén sẽ bịmất gối đỡ của nó và mất ổn định (của bản biên) về phía vách sẽ xảy ra trước khi đạt được mômen chảy.Mất ổn định thẳng đứng của bản biên về phía vách có thể được biểu diễn khi xem xét chiềudài một đoạn vách dx dọc theo trục dầm như trên hình 4.16. Đoạn vách chịu tác dụng của mộtứng suất nén dọc trục fwc từ thành phần thẳng đứng của nội lực cánh nén Pc.24. Trình bày khái niệm về mất ổn định xoắn ngang của dầm thép I chịu uốn. Nêu vai trò của hệ đỡbản biên nén. Nêu và giải thích các điều kiện (yêu cầu) đối với chiều dài không được đỡ Lb của mặtcắt chắc, mặt cắt không chắc và mặt cắt mảnh.Kn: Mất ổn định tổng thể có thể xảy ra khi biên nén của một mặt cắt chịu uốn không được đỡngang. Một cánh nén không được liên kết ngang sẽ làm việc như một cột và có xu hướng oằnra ngoài mặt phẳng giữa các điểm gối ngang. Đồng thời, do biên nén là một phần của mặt cắtngang dầm có biên kéo được giữ thẳng, mặt cắt ngang sẽ bị xoắn khi nó chuyển vị ngang.Ứng xử này được mô tả trên hình 4.4 và được gọi là mất ổn định xoắn ngang.25. Trình bày cách xác định sức kháng cắt của mặt cắt thép chữ I, trường hợp bản bụng khôngđược tăng cường.Sức kháng cắt của vách không được tăng cườngSức kháng cắt danh định của vách không có sườn tăng cường trong mặt cắt chữ I có thể đượcxác định từ công thức 6.20 khi lấy do bằng vô cùng, có nghĩa là chỉ còn lại sức kháng do hiệu ứng dầm2525