Bài giảng Kết kấu thép - Chương 2: Liên kết hàn

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: 
2 Liờn kết hàn
 2.1. Khỏi niệm chung
 2.2. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn đối đầu
 2 3 Cấ t à tớ h t ỏ ối hà ú
3
. . u ạo v n o n m n g c
Đại học Thủy Lợi Bộ mụn Kết Cấu Cụng Trỡnh 
GVHD: Hồng Tiến Thắng
2.1. Khỏi niệm chung
2.1.1. Nguyên lý hàn:
- Dùng que hàn và vật hàn làm 2 cực để sinh hồ quang.
- Nhiệt độ hồ quang (2400o - 2600o) làm chảy que hàn và vật hàn.
- Khi kim loại chảy, các phân tử kết hợp lại chặt chẽ với 
nhau.
- Nguồn điện xoay chiều hoặc 1 chiều, U<65V
4
9/22/2014
2
- Que hàn có nhiều loại và th−ờng làm bằng thép có c−ơng độ cao hơn thép hàn 
E42 E42A - CT3 CT4 E50 E50A E55 - Hợp kim thấp
Kiểm tra đ−ờng hàn: 
+ Bằng ph−ơng pháp thông th−ờng
+ Bằng ph−ơng pháp đặc biệt:Siêu âm, laze, tia Rơn ghen, 
- C−ờng độ tính toán của đ−ờng hàn ( Ký hiệu Rh): 
phụ thuộc:
+ Loại que hàn + Chiều dầy mối hàn 
+ Loại thép hàn + Ph−ơng pháp kiểm tra đ−ờng hàn.
2.1.2. Phân loại mối hàn:
Trong xây dựng dùng hai loại đ−ờng hàn: 
b)
Hàn đối đầu Hàn góc
6
600
2-3 mm2 mm

a)

2.1.3. C−ờng độ tính toán của mối hàn:
- Phụ thuộc loại mối hàn, trạng thái ƯS, ph−ơng pháp kiểm 
tra chất l−ợng, que hàn, vật liệu hàn, điều kiện làm việc
ủ ốBảng 2.2. C−ờng độ tính toán c a m i hàn: Rh (daN/cm2)
(m=1)
Loại mối
hàn
Trạng thái ứng suất
Ký
hiệu
CT3
E42
Hàn
đối đầu
- Nén
- Kéo: + kiểm tra ph−ơng pháp tiên tiến
+ kiểm tra ph−ơng pháp thông th−ờng
Cắt
Rnh
Rkh
Rkh
R h
2100
2100
1800
1300
7
- c
Hàn góc - Cắt Rgh 1500
2.2. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn đối đầu
2.2.1. Mối hàn chịu lực dọc:
- Đối đầu thẳng
( )N
8
 N - lực kéo
( N - lực nén)
Chữ nhật : Fh = h Lh Lh = L - 10mm
h
k
h
R
F
  
h
n
h
N R
F
  
9/22/2014
3
- Đối đầu xiên (dùng khi đ−ờng hàn đối đầu thẳng không đủ KNCL)
Trục đ−ờng hàn tạo một góc α với ph−ơng lực dọc N
Nsinα  kéo
N
Ncosα cắt N
α
N N
h
k
h
mR
F
NSin   hC
h
mR
F
NCos  
2.2.2. Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt:
- Kiểm tra ứng suất pháp:
h
k
h
k mRW
M  )( hn
h
n mRW
M  )(
Với tiết diện chữ nhật: 
6
2
)()( hh
hh
LWW  
hRMM 6
9/22/2014 5:39:21 PM 10
Nên: k
hhh
m
LW
 2
h
C
cx
C
x mR
J
QS  - Kiểm tra ứng suất tiếp:
Với tiết diện chữ nhật: hC
hhh
mR
L
Q
F
Q   .2
3.
2
3
2.2.3. Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q
a


xx
y1
y2
N max
QMN  
P
- Kiểm tra riêng cho từng loại ứng suất
- Tính các ứng suất do từng thành phần nội lực gây nên
- Dùng nguyên lý cộng tác dụng, tổ hợp các loại ứng suất 
9/22/2014 5:39:21 PM 11
* Ứng suất phỏp: hkNMk mR | 
h
nNMn mR | 
h
cQ mR* Ứng suất tiếp: 
Ví dụ : Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Cho biết P = 50kN, 
Rkh = 1800 daN/cm2 , Rch = 1300 daN/cm2, m = 0,85.
- Nội lực:
N = Px = P cos45o = 35,355 kN ()
Q = Py = P sin45o = 35,355 kN ( )
M = 0 2 P = 0 2 35 = 7 071 kNm () , y , . , 
-Ứng suất:
2
235,355.10 186,08 /
1.19N h
N daN cm
F
   
4
2
2
6.7,071.10 1175,24 /
1.19M h
M daN cm
W
   
2
23 3 35,355.10 279 12 /Q d N
9/22/2014 5:39:21 PM 12
. . ,
2 2 1.19Q h
a cm
F
   
- Tổng hợp ứng suất:
σ max = N + M < m Rkh , thay số: 
σ max = 186,08 + 1175,24 = 1361,32 daN/cm2 < 0,85.1800 = 1530 daN/cm2
max = 279,12 daN/cm2 < 0,85.1300 = 1105 daN/cm2.
9/22/2014
4
- Tính ứng suất do từng thành phần nội lực gây ra 
PP2
Q
- Nội lực:
N = P1 = P cos45o = 35,355 kN
Q = P2 = P sin45o = 35,355 kN
M = 0,2 P2 = 0,2.35 = 7,071 kNm
Q
235 355 10N
P1
N
M
a=200
QN MA
N MA
2, . 186,08 /
1.19N h
daN cm
F
   
4
2
2
6.7,071.10 1175,24 /
1.19M h
M daN cm
W
   
2
23 3 35,355.10. . 279,12 /
2 2 1.19Q h
Q daN cm
F
   
Tổng hợp ứng suất:
 max = N + M = 1361,32 daN/cm2< m Rkh
 max = 279,12 daN/cm2 < 0,85.1300 = 1105 daN/cm2
2.3. Cấu tạo và tớnh toỏn mối hàn gúc
2.3.1. Mối hàn góc chịu lực dọc hoặc lực cắt:
- Khi chịu lực dọc N hoặc lực cắt Q, trong đ−ờng hàn chỉ sinh ra 
ứng suất tiếp trên mặt phẳng phá hoại và đ−ợc coi là phân bố đều. 
Mối hàn loại này th−ờng gặp trong một số dạng liên kết sau
+ Liên kết chồng dùng bản ghép
h
g
h h h
N N mR
F h l
   
14
Trong đó:
N - Lực dọc tính toán
Rgh- C−ờng độ tính toán của mối hàn góclh- Tổng chiều dài đ−ờng hàn ở về phía của liên kết
+ Liên kết giữa thép định hình và thép bản
Kiểm tra đ−ờng hàn l1 và l2 nh− sau:
Lực N1 và N2 do lực dọc N sinh ra: N1 + N2 = N
21
1
2
21
2
1
ee
eNN
ee
eNN


ứng suất trong đ−ờng hàn 1 và 2 thoả mãn điều kiện:
15
1 2
1
1 1 2 1
2 1
2
2 1 2 2
1. .
1. .
h
g
h h
h
g
h h
N eN mR
F e e F
N eN mR
F e e F


  
  
hhh
hhh
hlF
hlF
..
..
22
11




+ Liên kết tấm đỡ với cột
- Giả thiết mối hàn bị phá hoại ở mặt phẳng 45o.
- Mặt phẳng phá hoại là mặt ghềnh, giả thiết là phẳng để tính.
- Trong mối hàn sinh ứng suất tiếp. đ−ợc tính nh− sau:
+ Khi chỉ có lực dọc N: 0,7
h
N g
h h h h h
N N N mR
F L h L
     
16
+ Khi chỉ có cắt Q: 0,7
h
Q g
h h h h h
Q Q Q mR
F L h L
     
+ Khi có cả lực cắt Q và lực dọc N: 2 2max hN Q gmR    
9/22/2014
5
2.3.2. Mối hàn góc chịu mômen uốn M:
Tr−ờng hợp 1:
Mặt phẳng tác dụng của M  tiết diện 
tính toán của mối hàn (mặt nối) 
Tr−ờng hợp 2:
Mặt phẳng tác dụng của M // tiết diện 
tính toán của mối hàn (mặt nối) 
M M
17
max
h
M g
h
y mR
J
   max hM gh
p
r mR
J
  
Jh : momen quán tính của Fh
Momen q/t độc cực: Jh= Jxh +Jyh
rmax: bán kính cực lớn nhất
2.3.3. Mối hàn góc đồng thời chịu M, N, Q
A M
N
Q
M N
Q
A
- Tính ứng suất tiếp do từng nội lực gây ra
- Tính ứng suất tiếp tổng cộng 
M N Q

18
max | |
h
N Q M gmR      
  
Ví dụ 2 :
Kiểm tra mối hàn. 
Biết  = 0,7, hh = 10mm (hàn hai 
bên),
Rgh = 1500 daN/cm2, m = 0,85. 
Nội lực:- 
N = 240 - 300.0,7 = 27,87 kN ()
Q = 300.0,7 = 212,13 kN ( )
M = 0,08.240 = 19,20 kNm ()
- ứng suất:
2
227,87.10 68,65 /
2.0,7.29N h
NN daN cm
F
   
2
2212,13.10 522,49 /
2.0,7.29Q h
QQ daN cm
F
   
4
2
max 2
6.19, 20.10 978,43 /
2.0,7.29M h h
M MM y daN cm
J W
    
- Tổng hợp ứng suất (tại điểm B có ứng suất lớn nhất):
  hgMNQ mR 22max 
2 2 2 2
max 522,49 (978,43 68,65) 1170,2 / 0,85.1500 1275 /daN cm daN cm     
Ví dụ 3:
Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ. Biết  = 0,7, hh =10mm, Rgh = 1500 daN/cm2, 
m = 1, M = 41,15 kNm, Q = 320 kN, hàn hai bên.
Giải:
- Đặc tr−ng hình học: (cho 1 đ−ờng hàn)
Fh = 23,4 . 0,7 + 2.10. 0,7 = 30,38 cm2
Syoh = 23,4 . 0,7 . (0,7 / 2) + 2.10. 0,7. (5+0,7) = 85,53 cm3
cm
F
S
x
h
h
y
c 81,238,30
53,850 
4
33
255122.104,23.7,10 cmJ hx 
20
1212
42
3
2
3
4,333)81,27,5(7,0.10.2
12
107,0.2)35,081,2.(7,0.4,23
12
7,0.4,23 cmJ hy 
44,28844,3332551 cmJ h 
  cmrA 1,147,1181,27,10 22 
9/22/2014
6
- ứng suất: (hàn 2 bên)
4
241,15.10 .14,1 1005,78 /
2.2884,4M Ah
M r daN cm
J
   
2
2320.10 526,66 /
2.30,38Q h
Q daN cm
F
   
- Tổng ứng suất: (hàn 2 bên)
Chọn góc  nh− hình vẽ, do đó:
560,0
1,14
81,27,10cos 
830,0
1,14
7,11sin 
Mx = M sin = 1005,78.0,830 = 834,80 daN/cm2M = M cos = 1005,78.0,560 = 563,24 daN/cm2
21
y 
   2 22 2 2 2max 834,8 526,66 563,24 1372,87 / 1500 /hMx Q My gdaN cm R daN cm           