4.2.5. Tính toán đường hàn đối đầu

4.2.5. Tính toán đường hàn đối đầu

Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh, sự tập trung ứng suất ban đầu trong hàn đối đầu không ảnh hưởng tới độ bền của nó, do có sự phát triển của biến dạng dẻo dẫn

tới giãn ứng suất tại các điểm tập trung. Vì vậy tính toán liên kết hàn đối đầu thực hiện với giả thiết là sự phân bố ứng suất trong mặt cắt ngang là như nhau.
Cường độ tính toán của đường hàn đối đầu phụ thuộc vào vật liệu que hàn (hoặc dây hàn) và phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn. Tùy theo cường độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản mà chọn que hàn. Khi đó cường độ tính toán của đường hàn đối đầu được lấy như sau:
- Khi chịu nén, với phương pháp hàn tự động, nửa tự động hoặc hàn tay, không phụ thuộc vào phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

Đối với các mác thép khác cần kiểm tra cụ thể để xác định các cường độ tính toán của đường hàn.

a) Khi chịu lực kéo, nén dọc trục: đường hàn đối đầu được coi như phần kéo dài của thép cơ bản vì vậy tính toán nó như thép cơ bản. Dưới tác dụng của lực dọc trục N (kéo hoặc nén đúng tâm) ứng suất sẽ phân bố đều trên tiết diện của đường hàn.

Hình 4.19. Liên kết hàn đối đầu chịu lực trục: a- đường hàn đối đầu thẳng; b-đường hàn đối đầu xiên.

Đối với đường hàn đối đầu thẳng góc (hình 4.19, a) công thức kiểm tra bền có dạng:

Trong đó: Aw = t.lw - diện tích tính toán của đường hàn đối đầu;
t - bề dày tính toán của đường hàn, bằng bề dày nhỏ nhất của các bản thép cơ bản trong kiên kết.
lw – chiều dài tính toán của đường hàn;
fwt – cường độ tính toán của đường hàn đối đầu khi chịu kéo (nếu N là lực nén thì dùng cường độ tính toán khi chịu nén fwc).

Chiều dài tính toán đường hàn sẽ là bề rộng của cấu kiện cần liên kết khi sử dụng bản lót l=lw (hình 4.19,c). Trong trường hợp không dùng bản lót, xét đến sự giảm chất lượng ở hai đầu mối hàn do tia điện và sự không liên tục của hồ quang, chiều dài tính toán đường hàn lw = l - 2t.
Khi cường độ tính toán chịu kéo của đường hàn đối đầu nhỏ hơn cường độ tính toán của thép cơ bản, để đường hàn có khả năng chịu lực như thép cơ bản, ta tăng độ bền của nó bằng cách dùng đường hàn xiên (hình 4.19, b) hoặc dùng liên kết hỗn hợp.
Đường hàn đối đầu xiên chịu lực trục N được kiểm tra bền theo các ứng suất pháp và tiếp bằng các công thức sau:

b) Liên kết hàn đối đầu chịu tác dụng của mômen uốn M (hình 4.20, a): Khả năng chịu lực được kiểm tra bền theo công thức:

c) Khi liên kết hàn đối đầu chịu tác dụng đồng thời của mômen uốn M và lực cắt V (hình 4.20, b): độ bền của nó được kiểm tra theo ứng suất tương đương:

Hình 4.21. Tính toán đường hàn đối đầu:а – hàn thẳng góc; b – xiên góc, có bản lót

Các vấn đề cần lưu ý trước khi giải bài tập:
- Xác định cường độ tính toán của các vật liệu dùng trong liên kết;
- Cần gia công cấu tạo thép cơ bản trước khi hàn?
- Xác định kích thước đường hàn;
- Kiểm tra độ bền mối hàn.

Trình tự giải:

a) Cường độ tính toán của các vật liệu (Phụ lục A, B)
Thép CT38, có cường độ tính toán: f = 230Mpa = 23kN/cm2,
fu = 380Mpa = 38kN/cm2 .
Cường độ tính toán mối hàn đối đầu chịu kéo: fwt = 0,85f = 0,85.230 = 204 MPa.
Hệ số điều kiện làm việc giả thiết γc=1.

b) Gia công thép cơ bản trước khi hàn
Chênh lệch chiều dày bản thép t2 – t1 = 14 – 10 = 4 mm > 2mm, cần vát mép bản thép dày với độ dốc 1:5 (bảng 4.3).
Bản thép mỏng nhất t1 = 10mm, không cần thiết vát mép.

c) Xác định kích thước đường hàn và kiểm tra độ bền
Chiều dài tính toán đường hàn: lw = b – 2t1 = 50 – 2.1 = 48cm. Kiểm tra độ bền mối hàn đối đầu theo (4.3):
σw = 1200 / (1.48) = 25 kN/cm2 = 250 MPa> fwt = 204MPa.
Điều kiện bền không đảm bảo, chuyển sang dùng đường hàn xiên góc. Chọn đường hàn xiên góc, độ dốc 2:1, góc nghiêng α ≈ 63,5о.
Kiểm tra ứng suất pháp trong mối hàn theo (4.4):
σw = 1200.0,895/(1.55,87)=19,22kN/cm2 = 192,2 MPa < fwt.γc = 204MPa,
Trong đó: sinα = sin 63,5о = 0,895;
lw′ = lw/sinα = 50/0,895 = 55,87cm – chiều dài tính toán đường hàn xiên góc. Kiểm tra ứng suất tiếp mối hàn theo (4.5):
τw = 1200.0,446/(1.55,87) = 9,58kN/cm2 = 95,8MPa < fwv.γc = 118,3Mpa.
Trong đó: cosα = cos63,5o = 0,446; fwv = 0,58.fwt = 0,58.204 = 118,3MPa.
Độ bền đường hàn xiên đảm bảo theo ứng suất pháp và ứng suất tiếp. Kiểm tra mối hàn chịu đồng thời ứng suất pháp và ứng suất tiếp theo (4.6)

Ví dụ 4.2. Kiểm tra độ bền liên kết hàn của conson, thực hiện bằng hàn đối đầu bản thép có tiết diện bxt = 300x10mm vào bụng cột tiết diện chữ T. Cột thép T15 có tw = 10mm. Đầu dầm conson có lực F = 100kN lệch trục e = 200mm (hình 4.22). Thép sử dụng CT38. Điều kiện làm việc bình thường.
Các vấn đề cần lưu ý trước khi giải bài tập:
- Xác định cường độ tính toán của các vật liệu dùng trong liên kết;
- Xác định nội lực trong liên kết;
- Xác định đặc trưng hình học đường hàn;
- Kiểm tra độ bền mối hàn.
Trình tự giải:

a) Cường độ tính toán của các vật liệu (Phụ lục A, B) 1
Cường độ tính toán thép CT38 xem ví dụ 4.1.
Cường độ tính toán mối hàn đối đầu:
– cường độ chịu kéo fwt = 0,85f = 0,85.240 = 204MPa = 20,4 kN/cm2;
– cắt fwv = fv = 139,2 MPa,

Hình 4.22. Liên kết consol vào cột bằng đường hàn đối đầu

b) Xác định nội lực Hình 

Mômen tính toán: M = Fe = 100.0,2 = 20 kNm. Lực cắt: V = F = 100 kN.

c) Đặc trưng hình học đường hàn

Mômen chống uốn mối hàn: Ww = tlw2 / 6 = 1. 282 / 6 = 130,6cm3

Trong đó lw = b – 2.t = 30 – 2.1 = 28cm – chiều dài tính toán đường hàn có xét đến chất lượng hai đầu mối hàn không tốt.

d) Kiểm tra độ bền đường hàn

– ứng suất pháp trong mối hàn (4.9): σw = 2000 / 130,6 = 15,3 kN/cm2
– ứng suất tiếp trong mối hàn (4.10): τw = 100/(1.28) = 3,5 kN/cm2
- kiểm tra độ bền mối hàn theo ứng suất tương đương (4.8):



Độ bền liên kết hàn là đảm bảo.