TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br />
Bộ môn Kết cấu công trình<br />
<br />
KẾT CẤU THÉP<br />
(Bài giảng)<br />
<br />
Biên soạn:<br />
<br />
Trương Quốc Bình<br />
<br />
HÀ NỘI - 2009<br />
<br />
MỤC LỤC<br />
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP ..................................................... 4<br />
1.1. Mở đầu. ................................................................................................................ 4<br />
1.2. Vật liệu dùng để chế tạo KCT. .......................................................................... 4<br />
1.2.1. Thép xây dựng:............................................................................................. 4<br />
1.2.2. Thép định hình:............................................................................................. 5<br />
1.3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn. .............................................. 5<br />
1.3.1. Tải trọng và hệ số tải trọng ......................................................................... 5<br />
1.3.2. Nội lực tính toán: .......................................................................................... 5<br />
1.3.3. Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn........................................................ 5<br />
CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT HÀN ...................................................................................... 7<br />
2.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 7<br />
2.1.1. Nguyên lý hàn. .............................................................................................. 7<br />
2.1.2. Phân loại mối hàn. ........................................................................................ 7<br />
2.1.3.Cường độ tính toán của mối hàn.................................................................... 7<br />
2.2. Cấu tạo và tính toán mối hàn đối đầu. ................................................................. 8<br />
2.2.1.Mối hàn chịu lực dọc. .................................................................................... 8<br />
2.2.2.Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt............................................................ 8<br />
2.2.3.Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q. .................................................................. 9<br />
2.3. Cấu tạo và tính toán mối hàn góc: ....................................................................... 9<br />
2.3.1. Mối hàn chịu lực dọc hoặc lực cắt. ............................................................... 9<br />
2.3.2.Mối hàn chịu mômen uốn M........................................................................ 11<br />
2.3.3.Tính mối hàn đồng thời chịu M, N, Q. ........................................................ 11<br />
Bài tập làm thêm ........................................................................................................... 15<br />
CHƯƠNG 3: LIÊN KẾT BULÔNG ............................................................................ 20<br />
3.1.Khái niệm chung. ................................................................................................ 20<br />
3.1.1. Phân loại: .................................................................................................... 20<br />
3.1.2. Hai trạng thái chịu lực cơ bản:.................................................................... 20<br />
3.1.3. Cường độ tính toán và khả năng chịu lực của một bulông. ........................ 20<br />
3.2. Tính toán và cấu tạo liên kết bulông.................................................................. 21<br />
3.2.1. Nguyên tắc tính toán. .................................................................................. 21<br />
3.2.2. Tính toán lực tác dụng vào bulông. ............................................................ 21<br />
3.2.3. Bố trí bulông: .............................................................................................. 22<br />
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP............................................................................................ 28<br />
4.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 28<br />
4.1.1. Phân loại dầm.............................................................................................. 28<br />
4.1.2. Nguyên tắc tính toán. .................................................................................. 28<br />
4.2. Thiết kế dầm định hình. ..................................................................................... 28<br />
4.2.1. Chọn tiết diện dầm:..................................................................................... 28<br />
4.2.2. Kiểm tra tiết diện chọn: .............................................................................. 28<br />
4.2.3. Kiểm tra ổn định tổng thể: .......................................................................... 28<br />
4.3. Dầm ghép. .......................................................................................................... 31<br />
4.3.1. Xác định chiều cao dầm ghép. .................................................................... 31<br />
4.3.2. Chọn tiết diện dầm: Xem hình 4-8............................................................. 33<br />
4.3.3. Kiểm tra tiết diện đã chọn:.......................................................................... 33<br />
<br />
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP ............................................................................................. 39<br />
5.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 39<br />
5.2. Cột chịu nén trung tâm....................................................................................... 39<br />
5.2.1. Công thức kiểm tra ổn định: ....................................................................... 39<br />
5.2.2. Kiểm tra ổn định với các trục của cột. ........................................................ 40<br />
5.2.3. Thiết kế cột đặc mặt cắt đều: ...................................................................... 41<br />
5.2.4. Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)................................................. 43<br />
5.3. Cột đặc chịu nén lệch tâm :................................................................................ 47<br />
CHƯƠNG 6: DÀN THÉP ............................................................................................ 53<br />
6.1. Khái niệm chung. ............................................................................................... 53<br />
6.2. Thiết kế dàn........................................................................................................ 54<br />
6.2.1. Tính toán các thanh dàn. ............................................................................. 54<br />
6.2.2. Kiểm tra độ mảnh giới hạn: ........................................................................ 55<br />
6.2.3. Thiết kế mặt dàn: ........................................................................................ 55<br />
6.2.4. Chiều dài tính toán thanh nén: .................................................................... 55<br />
BẢNG TRA .................................................................................................................. 67<br />
<br />
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP<br />
1.1. Mở đầu.<br />
- Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế vì:<br />
• Vững chắc vì thép là vật liệu đồng chất, đẳng hướng<br />
• Nhẹ vì cường độ của thép tương đối cao<br />
• Dễ gia công, dựng lắp<br />
- Kết cấu thép được dùng phổ biến trong công trình thuỷ lợi là cửa van các<br />
loại.<br />
1.2. Vật liệu dùng để chế tạo KCT.<br />
1.2.1. Thép xây dựng:<br />
- Thép cacbon : CT2, CT3, CT4, CT5.<br />
- Thép hợp kim thấp : 14T2, 10T2C, 15XCH1D1<br />
Thép hợp kim có cường độ cao hơn và chống rỉ tốt hơn thép cacbon nhưng giá<br />
thành đắt hơn.Thép xây dựng dùng phổ biến nhất là thép cacbon CT3.<br />
- Cường độ tính toán:<br />
R = Rtc ko m<br />
trong đó :<br />
Rtc = σc = 2400 daN/cm2 (CT3)<br />
ko = 0,9 (CT3) - hệ số đồng chất<br />
m ≤ 1 - hệ số điều kiện làm việc<br />
Ứng suất σ = N/F (dN/cm2)<br />
Biến dạng tỉ đối ε = Δl / l 100%<br />
Mô đun đàn hồi E=2,1.106 dN/cm2<br />
(σ = ε E)<br />
Đoạn OA :σtl quan hệ σ~ε tỉ lệ bậc nhất<br />
Đoạn AB : quan hệ σ~ε không tỉ lệ<br />
Đoạn BC: σ giữ nguyên, ε vẫn tăng<br />
Đoạn CD: σ, ε tiếp tục tăng đến g/h bền<br />
<br />
Hình 1-1<br />
Quan hệ ứng suất- biến dạng của mẫu thép CT3<br />
<br />
Bảng 1 Cường độ tính toán của thép R (daN/cm2) (m =1)<br />
<br />
Trạng thái ứng suất<br />
- Kéo, nén<br />
- Cắt<br />
<br />
Ký<br />
hiệu<br />
R<br />
Rc<br />
<br />
Thép<br />
CT3<br />
2100<br />
1300<br />
<br />
1.2.2. Thép định hình:<br />
- Thép dải<br />
10x40<br />
- Thép bản<br />
12x1200<br />
- Thép chữ C<br />
⊂ No. 40<br />
- Thép chữ I<br />
INo. 00<br />
- Thép góc<br />
L120x10<br />
L140x90x8<br />
1.3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn.<br />
1.3.1. Tải trọng và hệ số tải trọng<br />
- Tải trọng tiêu chuẩn : tải trọng lớn nhất khi công trình sử dụng bình thường.<br />
Ký hiệu Ptc , qtc<br />
- Tải trọng tính toán : tải trọng lớn nhất có thể xuất hiện trên công trình . Ký<br />
hiệu P, q.<br />
- Hệ số tải trọng:<br />
n=<br />
<br />
P<br />
P<br />
<br />
tc<br />
<br />
P=nPtc<br />
<br />
-Tổ hợp tải trọng: Gồm có hai loại tổ hợp tính toán:<br />
+ Tổ hợp lực cơ bản: tt thường xuyên + tt tạm thời ( ngắn và dài hạn)<br />
+ Tổ hợp lực đặc biệt: tt thường xuyên + tt tạm thơi dài hạn +1 tải trọng đặc<br />
biệt ( lún hoặc động đất)’<br />
- tải trọng thường xuyên: luôn tác dụng lên công trình( trọng lượng bản thân,<br />
áp lực đất đá., ư/s trước)<br />
- tải trọng tạm thời: t/d trong t/gian nhất định (ngắn hạn: dầm cầu trục, thiết bị<br />
thi công…,dài hạn: trọng lượng thiết bị cố định, áp lực chất lỏng, hơi, nhiệt..)<br />
1.3.2. Nội lực tính toán:<br />
N = Σ ni Nitc ci<br />
trong đó :<br />
Nitc : nội lực do tải trọng tiêu chuẩn thứ i sinh ra<br />
ni : hệ số tải trọng của tải trọng thứ i<br />
ci : hệ số tổ hợp tải trọng (vì các tải trọng không xuất hiện lớn<br />
nhất cùng một lúc).<br />
1.3.3. Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn.<br />
- Trạng thái giới hạn thứ nhất (về cường độ và về ổn định)<br />
N = Σ ni Nitc ci ≤ SR*<br />
(1)<br />
trong đó :<br />
S : đặc trưng hình học của cấu kiện<br />
R* = R khi tính toán về cường độ<br />
<br />