4.3.3.1. Liên kết bulông – không có lực xiết khống chế.
Liên kết bu lông giữa các cấu kiện thông qua bản ghép, lá»±c truyá»n giữa các cấu kiện qua bản ghép. Liên kết bu lông sẽ bị dịch chuyển khi chịu tải trá»ng ngoà i theo các giai Ä‘oạn là m việc khác nhau.
1.1 Các giai đoạn chịu lực
Do vặn êcu nên bulông chịu kéo và các bản thép bị xiết chặt, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép hình thà nh lá»±c ma sát. Tuy nhiên vá»›i bu lông thÆ°á»ng, lá»±c ma sát nà y không đủ lá»›n để tiếp nháºn hoà n toà n lá»±c trượt do tải trá»ng ngoà i gây nên. Khi chịu lá»±c trượt sá»± là m việc của các loại bulông nà y chia là m bốn giai Ä‘oạn (hình 4.35).
Giai đoạn 1: lực trượt do ngoại lực gây ra còn nhỠhơn lực ma sát, các bản thép chưa bị trượt, bulông chưa chịu tải ngoà i lực kéo ban đầu.
Giai Ä‘oạn 2: tăng tải trá»ng ngoà i, lá»±c trượt bắt đầu lá»›n hÆ¡n lá»±c ma sát, các bản thép trượt tÆ°Æ¡ng đối vá»›i nhau, thân bulông tì sát và o thà nh lá»—.
Giai Ä‘oạn 3: trong giai Ä‘oạn nà y lá»±c N trượt truyá»n qua liên kết chủ yếu bằng sá»± ép của thân bulông lên thà nh lá»—. Thân bulông chịu cắt, uốn và kéo (do mÅ© bulông ngăn cản sá»± uốn tá»± do của thân).
Giai đoạn 4: lực trượt tăng tiếp, độ chặt của liên kết giảm dần, lực ma sát yếu đi, liên kết chuyển sang là m
việc trong giai đoạn dẻo. Liên kết có thể bị phá hoại do cắt ngang thân bu lông (hình 4.36) hoặc đứt bản thép giữa hai lỗ bulông hoặc từ lỗ bulông đến mép bản thép do áp lực ép mặt trên thà nh lỗ gây ra (hình 4.37).
Hình 4.35. Các giai Ä‘oạn là m việc chịu trượt của liên kết bu lông: I- bu lông thô và thÆ°á»ng; II- bu lông tinh; III- bu lông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao; 1-4: giai Ä‘oạn là m việc của liên kết bu lông
Hình 4.36. Sự là m việc của liên kết bulông: a - Liên kết bị cắt một mặt cắt, b – bị cắt theo hai mặt cắt, 1 – vị trà ép mặt, 2 – mặt phẳng cắt
Từ đó có thể xác định khả năng chịu lá»±c của bulông theo má»™t trong hai trÆ°á»ng hợp sau:
- Khả năng chịu cắt (bulông bị đứt ngang thân)
- Khả năng chịu ép mặt quy ước (đứt bản thép do áp lực ép mặt của thân bulông gây ra)
1.2. Khả năng là m việc chịu cắt của bulông
Khi Ä‘Æ°á»ng kÃnh bulông nhá», bản thép dà y, bulông có thể bị phá hoại do cắt ngang thân. Khả năng chịu cắt của má»™t bulông được tÃnh theo công thức
[N]vb = fvbï§bAnv, (4.24)
Trong đó: fvb - cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán chịu cắt của bulông, lấy theo bảng B.7-PL;
ï§b – hệ số Ä‘iá»u kiện là m việc của liên kết bulông, giá trị của ï§b lấy theo bảng 4.10.
A = ï°d 2 / 4 - diện tÃch tiết diện ngang của thân bulông (phần không bị ren), lấy theo bảng 4.11;
d - Ä‘Æ°á»ng kÃnh thân bulông;
nv – số lượng mặt cắt tÃnh toán của bulông. Giá trị nv phụ thuá»™c và o số lượng cấu kiện chịu lá»±c được liên kết. Và dụ, khi có hai cấu kiện (hình 4.35, a) nv = 1, khi có ba cấu kiện (hình 4.35, b) nv = 2, ...
1.3. Khả năng là m việc chịu ép mặt của bulông
TÃnh toán liên kết bu lông chịu ép mặt mang tÃnh chất quy Æ°á»›c, vì tại vị trà tiếp xúc giữa thân bu lông và bản thép phát sinh nhiá»u trạng thái ứng suất phức tạp (hình 4.37). Sá»± ép mặt nà y có ứng suất cục bá»™ ï³cb phân bố không Ä‘á»u theo chu vi lá»—.
Trên hình vẽ 4.37, thấy tại Ä‘iểm a có ứng suất ép mặt cục bá»™ rất lá»›n ï³xc và ứng suất
ï³y gây kéo. Ứng suất cục bá»™
ï³xc có thể gây cho thép sá»›m đạt giá»›i hạn chảy, còn ứng suất kéo ï³y gây đứt liên kết, khi đó bu lông “xé rách†bản thép. Cùng thá»i Ä‘iểm đó tại Ä‘iểm b, không có sá»± truyá»n lá»±c từ bu lông sang bản thép, ở đó chỉ có sá»± gia tăng ï³x – ứng suất táºp trung mép lá»—. Sá»± là m việc không đồng Ä‘á»u của váºt liệu gần lá»— sẽ tăng vá»›i
dạng lỗ loại C.
Hình 4.37. Sự là m việc ép mặt của bulông
TÃnh toán những ứng suất nà y rất phức tạp, vì váºy coi áp lá»±c thân bu lông lên thà nh lá»— là đá»u theo Ä‘Æ°á»ng kÃnh bu lông.
Khả năng chịu ép mặt của má»™t bulông khi kể cả hệ số Ä‘iá»u kiện là m việc là :
[N]cb = S ï§b = dtfcbï§b
Trong đó: t - chiá»u dà y bản thép; d – Ä‘Æ°á»ng kÃnh bu lông; fcb - cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán ép mặt quy Æ°á»›c
TrÆ°á»ng hợp tổng quát khi liên kết có nhiá»u bản thép
CÆ°á»ng Ä‘á»™ ép mặt tÃnh toán fcb của bulông phụ thuá»™c và o váºt liệu thép liên kết và phÆ°Æ¡ng pháp tạo lá»— bulông. Lá»— bulông thô và bulông thÆ°á»ng (lá»— loại C) chất lượng kém hÆ¡n lá»— bulông tinh (lá»— loại B). Giá trị của fcb lấy theo bảng B.8-PL. Khi chịu lá»±c, sá»± táºp trung ứng suất quanh lá»— bulông thô và bulông thÆ°á»ng lá»›n hÆ¡n, vì váºy fcb của chúng bé hÆ¡n của bulông tinh.
Và dụ vá»›i mác thép CT34, fcb= 3950 daN/cm2 đối vá»›i bulông thô và thÆ°á»ng; fcb
= 4350 daN/cm2 đối với bulông tinh.
Gá»i là khả năng chịu ép mặt của bulông chỉ mang tÃnh qui Æ°á»›c vì thá»±c chất là xác định khả năng chịu trượt của bản thép.
Và dụ 4.8. TÃnh toán liên kết nối hai bản thép CT34 có kÃch thÆ°á»›c 500x12mm bằng bu lông, chịu lá»±c kéo N= 950kN. Dùng bản ghép chiá»u dà y 8 mm. Dùng bu lông thÆ°á»ng cấp Ä‘á»™ bá»n 4.6 có Ä‘Æ°á»ng kÃnh d = 20mm, Ä‘Æ°á»ng kÃnh lá»— 22mm.
Hình 4.38. TÃnh toán liên kết bulông
Các vấn Ä‘á» cần lÆ°u ý trÆ°á»›c khi giải bà i táºp:
- Xác định cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu dùng trong liên kết;
- Xác định khả năng chịu lực của bu lông;
- Xác định số lượng bu lông và bố trÃ;
- Kiểm tra lại khả năng chịu lực của thép cơ bản;
Trình tự giải:
a) CÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu (Phụ lục A, B)
c) Kiểm tra lại khả năng chịu lực của thép cơ bản sau khi khoét lỗ:
f.Ath = 2100x1,2x (50-2,0x6) = 92736daN < 95000 daN
Váºy liên kết là m việc an toà n.
1.4. Khả năng là m việc chịu kéo của bulông
Khi ngoại lá»±c có phÆ°Æ¡ng song song vá»›i thân bulông, tác dụng lên liên kết là m tách rá»i các phân tố của liên kết, gây cho bulông chịu kéo (hình 4.39,a). Chất lượng của lá»— và bá» mặt thân bulông không ảnh hưởng đến khả năng chịu kéo của bulông. Vì váºy, khả năng chịu kéo của liên kết chÃnh là xác định Ä‘á»™ bá»n chịu kéo của bu lông. Nếu trong liên kết sá» dụng bu lông, lá»±c tác dụng lên thân bu lông là lệch tâm (hình 4.39,b), cần phải giảm cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán.
Hình 4.39. Sự là m việc chịu kéo của bulông: a-kéo đúng tâm; b – kéo lệch tâm
Bulông bị phá hoại khi ứng suất trong thân bulông đạt đến cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán chịu kéo của váºt liệu là m thân bulông. Do đó khả năng chịu kéo của má»™t bulông được tÃnh bằng công thức
[N]tb = Abn ftb, (4.27)
Trong đó: Abn – diện tÃch thá»±c của tiết diện thân bulông (trừ giảm yếu do ren) lấy theo bảng 4.11;
ftb – cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của váºt liệu bulông khi là m việc chịu kéo, lấy theo bảng B.7.
Và dụ 4.9. Cho sÆ¡ đồ dầm thép PI18 gác lên hai dầm I (hình 4.40) tại hai gối A, B liên kết giữa chúng bằng 4 bu lông. Tải trá»ng táºp trung P  65kN ; a=5cm; b=50cm; c=100cm. Thép sá» dụng CT34, bu lông cấp bá»n 4.8, hệ số Ä‘iá»u kiện là mviệc. Yêu cầu xác định Ä‘Æ°á»ng kÃnh bu lông.
Các vấn Ä‘á» cần lÆ°u ý trÆ°á»›c khi giải bà i táºp:
- Xác định cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu dùng trong liên kết;
- Xác định lực tác dụng lên liên kết;
- Tìm Ä‘Æ°á»ng kÃnh bu lông;
Trình tự giải:
a) CÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu (Phụ lục A, B)
Thép CT34: xem và dụ 4.8
Bu lông cấp bá»n 4.8 có
f =1600 daN / cm2 ;
f =1600 daN / cm2
b) Xác định lực tác dụng lên liên kết
Bu lông là m việc chịu kéo.
Xác định lá»±c kéo ở bulông biên theo Ä‘iá»u kiện cân bằng momen tại Ä‘iểm B (từ Ä‘iểm đặt lá»±c P trừ Ä‘i má»™t khoảng b).
1.5. TÃnh toán liên kết bulông chịu mômen và lá»±c cắt
Cùng lúc tác dụng lên liên kết bu lông có mômen và lá»±c cắt, tác dụng trong mặt phẳng là m việc (hình 4.41). Giả thiết lá»±c cắt V phân phối Ä‘á»u cho các bu lông.
Hình. 4.41. Liên kết bulông chịu mômen và lực cắt
Mômen M là m cho liên kết xoay quanh trục Ä‘i qua trá»ng tâm nhóm bu lông (tâm quay), lúc nà y ná»™i lá»±c lá»›n nhất do tác dụng của M xuất hiện ở bu lông hà ng ngoà i cùng.
Bu lông sẽ chịu cắt theo hai phương, có thể kiểm tra theo công thức:
N M là lực tác dụng lên hà ng bu lông ngoà i cùng và có giá trị lớn nhất so với
các bu lông hà ng trong. Vá»›i cấu tạo liên kết nhÆ° trên, gần đúng trong tÃnh toán coi nhÆ° mômen cân bằng vá»›i tổng các cặp ngẫu lá»±c tác dụng lên những dãy Ä‘inh nằm đối xứng nhau qua trục của liên kết.
TrÆ°á»ng hợp tải trá»ng đặt lệch tâm ngoà i mặt phẳng liên kết có xu hÆ°á»›ng là m tách phần mặt bÃch ra khá»i thân cá»™t (bà i toán nhÆ° hình 4.42 - dầm conson liên kết vá»›i cá»™t bằng bu lông, chịu tải trá»ng táºp trung P).
Hình. 4.42. Liên kết bulông chịu tải trá»ng táºp trung
Giả thiết lá»±c P gây cắt Ä‘á»u cho các bu lông. Mômen M = P.l gây ra là m cho liên kết xoay quanh trục của trá»ng tâm hà ng bu lông dÆ°á»›i cùng (tâm quay), lúc nà y ná»™i lá»±c lá»›n nhất do tác dụng của mômen xuất hiện trong bu lông hà ng trên cùng (hình 4.42,b,c).
Bu lông sẽ chịu cắt và o kéo dá»c trục, có thể kiểm tra theo công thức:
Và dụ 4.10. Cho dầm conxon liên kết vá»›i cá»™t chịu tải trá»ng táºp trung P=15T (hình vẽ 4.42,a). Váºt liệu sá» dụng: thép CT34, bulông cấp Ä‘á»™ bá»n 5.8. hệ số Ä‘iá»u
kiện là m việc ï§ c  1 ; l=1,5m. Bá» dà y mặt bÃch tmb =15mm. Yêu cầu thiết kế mối
nối giữa cột và dầm bằng liên kết bu lông.
Các vấn Ä‘á» cần lÆ°u ý trÆ°á»›c khi giải bà i táºp:
- Xác định cÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu dùng trong liên kết;
- Xác định nội lực trong liên kết;
- Bố trà bu lông;
- Xác định Ä‘Æ°á»ng kÃnh bu lông;
Trình tự giải:
a) CÆ°á»ng Ä‘á»™ tÃnh toán của các váºt liệu (Phụ lục A, B)
Thép CT34 : xem và dụ 4.8;f =5050 daN / cm2 Bu lông cấp bá»n 5.8 cófvb =2000 daN/ cm 2 ; f =2000 daN / cm2
b) Nội lực tại vị trà consol liên kết với cột
M max = P.l =15.1,5=225kNm.
Qmax =150kN.
c) Thiết kế liên kết bulông trên, ta bố trà số lượng, khoảng cách bulông như trên hình vẽ 4.42c: với số lượng bulông theo dãy m=2, số lượng bulông trên một hà ng k=6 nên tổng số
lượng bulông n=12,ï§ b  1 .
Hình 4.43. Nội lực
d) Xác định Ä‘Æ°á»ng kÃnh bulông.
ÄÆ°á»ng kÃnh bulông phụ thuá»™c:
- khả năng chịu cắt bulông
- khả năng chịu ép mặt bulông
- khả năng chịu lực lớn nhất của bulông dãy dưới cùng.
4.3.3.2. Sá»± là m việc chịu trượt của liên kết bulông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao
Bulông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao có hai cách hiểu:
- Bu lông là m bằng thép cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao, có fu tá»›i 80kN/cm2 nhÆ°ng là m việc giống bu lông thÆ°á»ng. Lá»±c xiết bu lông chỉ vừa đủ chặt, tÃnh toán giống nhÆ° bu lông thÆ°á»ng;
- Bu lông là m bằng thép cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao, sá» dụng các phÆ°Æ¡ng pháp xiết bu lông tá»›i lá»±c căng do thiết kế quy định.
Trong phần nà y chỉ xét liên kết bu lông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao có sá» dụng lá»±c xiết căng trÆ°á»›c. Lá»±c xiết bu lông nà y sẽ ép các bản thép lại, là m phát sinh
ma sát giữa các bản thép, lá»±c ma sát được coi nhÆ° tiếp nháºn lá»±c trượt do ngoại lá»±c tác dụng. (hình 4.44).
Hình 4.44. Sá»± là m việc chịu trượt của bulông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao
Lá»±c truyá»n từ cấu kiện nà y sang cấu kiện khác chủ yếu do lá»±c ma sát, bulông chỉ chịu kéo do sá»± xiết chặt êcu tạo nên. Äá»™ lá»›n của lá»±c ma sát phụ thuá»™c và o lá»±c kéo P của bulông do xiết chặt êcu (chÃnh là lá»±c ép lên mặt bản thép)
Khả năng chịu trượt của má»™t bulông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao được xác định bằng công thức
Äể đảm bảo khả năng chịu lá»±c của liên kết bulông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao, cần gia công mặt các cấu kiện liên kết để tăng tÃnh ma sát. Và dụ chải bằng bà n chải sắt, đánh bằng bá»™t kim loại... Theo phÆ°Æ¡ng pháp gia công bá» mặt hệ số Ä‘á»™ tin cáºy của liên kết cÅ©ng khác nhau.
Bảng 4.12 - Hệ số ma sát ï và hệ số Ä‘á»™ tin cáºy ï§b2
Và dụ 4.10. TÃnh toán liên kết đối đầu hai bản thép theo số liệu kÃch thÆ°á»›c và tải trá»ng và dụ 4.8, sá» dụng bu lông cÆ°á»ng Ä‘á»™ cao bằng thép 40X có fub = 1100MPa
= 110 kN/cm2. ÄÆ°á»ng kÃnh d = 20mm, Ä‘Æ°á»ng kÃnh lá»— bu lông dlá»—=22mm, mặt thép cÆ¡ bản được là m sạch bằng bà n chải sắt.
Bà i giải:
Xác định khả năng chịu trượt của một bu lông (4.34):
![]() ![]() ![]() |