Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)

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 Mà 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 Mà 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 Mà 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 Mà 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