5.4.2. Cấu tạo và tính toán mối nối dầm

 5.4.2. Cấu tạo và tính toán mối nối dầm

Chia ra hai loại mối nối:
Mối nối nhà máy. Được thực hiện trong nhà máy, nối các bộ phận để tạo thành cấu kiện (bản cánh, bản bụng…). Sử dụng khi thép dùng để làm dầm không đủ dài, thay đổi tiết diện dầm.
Mối nối công trường. Được thực hiện tại công trường, sử dụng khi dầm có trọng lượng hoặc chiều dài vượt quá khả năng của các phương tiện vận chuyển, phương tiện cẩu lắp; khi chế tạo cần phải chia ra làm nhiều đoạn (có trọng lượng hoặc chiều dài xấp xỉ nhau), để có thể vận chuyển hoặc cẩu lắp được; sau đó nối các đoạn lại với nhau thành dầm hoàn chỉnh.

a. Cấu tạo và tính toán mối nối dầm thép hình

Hình 5.25. Nối dầm thép: a- đối đầu; b- đối đầu có bản nối; c- chỉ có bản nối

Mối nối dầm hình, cho cả ở nhà máy và lắp ghép ngoài công trường thường dùng liên kết hàn. Giải pháp đơn giản nhất là hàn đối đầu các đoạn dầm với nhau (hình 5.25a). Để giảm ứng suất hàn và biến hình hàn, hàn theo thứ tự: nối bụng dầm (đường hàn số 1), nối các bản cánh dầm (đường hàn số 2).
Khi hàn tay và dùng các biện pháp thông thường kiểm tra chất lượng đường hàn thì chỉ có thể nối dầm ở tiết diện có M  0 ,85 M max . Trong trường hợp muốn nối dầm ở vị trí M  0 ,85 M max thì dùng giải pháp như ở hình 5.25b.
Nối dầm bằng đường hàn đối đầu cộng thêm thêm bản nối cho mỗi cánh dầm để chịu mômen uốn tại tiết diện nối (hình 5.25,b). Trình tự tính toán như sau:

Nối dầm bằng bản nối cánh, bụng và các đường hàn góc như hình 5.25,c.
Trình tự tính toán như sau:

- Mômen M tác dụng ở mối nối dầm được phân thành một ngẫu lực tác dụng vào bản nối cánh dầm Nbn  M / hbn (5.75);

- Diện tích tiết diện bản nối xác định theo công thức A  Nbn (5.76), từ đó xác định chiều dày, chiều rộng bản nối;

- Chiều dài đường hàn góc tính chịu lực trục Nbn; bn f

- Lực cắt V tại mối nối được tính chịu các đường hàn góc liên kết các bản nối với bản bụng dầm.

b. Cấu tạo và tính toán mối nối dầm tổ hợp hàn bằng liên kết hàn

Mối nối dầm tổ hợp hàn chính là mối nối các thép bản: thường dùng đường hàn đối đầu để nối các bản cánh và bản bụng. Dùng đường hàn đối đầu thẳng góc để nối cánh chịu nén và cánh chịu kéo ở những tiết diện có M  0 ,85 M max , trong các trường hợp còn lại, dùng đường hàn xiên góc ( 450  600 ) (hình 5.26,b).

Để giảm ứng suất hàn ở đầu đoạn dầm chỗ gần mối nối cần để lại một đoạn dài 500mm không hàn, sẽ bổ sung sau và hàn theo thứ tự: nối bụng dầm (đường hàn số 1), nối các bản cánh dầm (đường hàn số 2), cuối cùng là hàn bổ sung các đường hàn 3 liên kết bụng với các bản cánh dầm.
Ví dụ 5.4. Lấy số liệu ví dụ 5.3, yêu cầu thiết kế nối dầm chính.

Các vấn đề cần lưu ý trước khi giải bài tập:

- Xác định nội lực tại vị trí nối dầm;

- Nối bản cánh dầm;

- Nối bản bụng dầm.

Trình tự giải:
Dầm chính dài 14m trong khi bản thép chỉ dài tối đa là 9m. Chọn giải pháp chia dầm thành hai đoạn, đoạn 9m và 5m, ra công trường sẽ tiến hành ghép lại. Vì phải nối cả hai bản cánh và bản bụng trên cùng một tiết diện nên để giảm bớt ứng suất hàn nên phần đường hàn giữa bụng và cánh dầm chừa lại 50cm, hàn sau khi hàn nối đầu các bản cánh và bụng với nhau (hình 5.26,b).

a) Xác định nội lực tại vị trí kiểm tra, vị trí tại mặt cắt số 3, khoảng cách x3=5000mm, cấu tạo thể hiện chi tiết A (hình 5.27).

b) Nối bản cánh: sử dụng đường hàn đối đầu thẳng góc cho cánh trên, cánh dưới chịu kéo nên sử dụng đường hàn đối đầu xiên góc (M3/Mmax=0,92) (hình 5.28).
Coi bản cánh chịu mômen M3, lực tác dụng lên mối hàn đối đầu: 

c. Cấu tạo và tính toán mối nối lắp ghép dầm tổ hợp hàn, dùng bu lông
Việc tiến hành các mối nối lắp ghép khuyếch đại dầm bằng liên kết hàn gặp nhiều khó khăn và khó đảm bảo chất lượng. Hiện nay giải pháp dùng bulông cường độ cao cho các mối nối lắp ghép dầm đang được sử dụng khá phổ biến. Một số ví dụ được thể hiện trong hình vẽ 5.29:

Hình 5.29. Mối nối dầm tổ hợp hàn bằng bulông gồm:

Cấu tạo của mối nối dầm tổ hợp hàn dùng bu lông cường độ cao (hình 5.29)

- Mối nối mỗi cánh dầm dùng ba bản nối (một bản ốp ngoài và hai bản lót trong),
- Mối nối bản bụng dầm dùng hai bản nối ốp hai bên.
Mômen uốn M tác dụng tại mối nối dầm, được phân phối cho mối nối cánh và mối nối bụng dầm theo tỷ lệ thuận với độ cứng tiết diện của chúng:

- Mômen do mối nối cánh phải chịu 

- Mômen do mối nối bụng phải chịu 

Lực cắt V tác dụng tại mối nối dầm (nếu có) thì hoàn toàn do mối nối bụng dầm chịu và được coi là phân bố đều cho các bulông trên mối nối bụng.

d. Cấu tạo và tính toán mối nối dầm tổ hợp hàn, dùng mặt bích với bulông cường độ cao
Mối nối dầm tổ hợp hàn dùng bulông và các bản nối như đã giới thiệu ở mục c trên đây tuy đơn giản hơn mối nối dùng hàn, nhưng vẫn còn cồng kềnh, khó khăn cho thi công, vì phải dùng quá nhiều bản ghép (8 bản cho một mối nối). Mối nối dùng mặt bích với các bulông cường độ cao nhằm khắc phục hạn chế này (hình 5.30).

Hình 5.30. Mối nối dầm tổ hợp hàn dùng mặt bích

Ngoài các bulông cường độ cao, mối nối mặt bích không có các chi tiết phụ. Đầu các đoạn dầm được hàn sẵn các bản thép ngang, gọi là mặt bích. Nhằm tăng khả năng chịu mômen cho mối nối, mặt bích thường được kéo dài về phía thớ căng mômen, vượt qua cánh chịu kéo một đoạn đủ để bố trí thêm một hàng bulông ra phía ngoài.
Sau khi liên kết bằng cách xiết chặt các bulông, hai mặt bích ở đầu hai đoạn nối tỳ sát vào nhau. Lực xiết bu lông càng lớn, độ chặt của liên kết càng lớn. Khoảng cách giữa các bulông trong mỗi hàng có thể bố trí đều hoặc không đều nhau. Thường bố trí không đều với khoảng cách min theo điều kiện cấu tạo ở phía cánh kéo và thưa hơn ở phía cánh nén.
Nhờ lực xiết chặt của các bulông và độ cứng của mặt bích, nên coi tâm xoay của liên kết nằm trên trục tiết diện cánh nén. Khi liên kết chịu tác dụng của mômen uốn M thì lực kéo dọc trục lên những bulông xa cánh nén nhất là lớn nhất Nmax, (hình 5.29,b). Các bulông được tính toán theo điều kiện chịu kéo (xem chương 4).