căn bản Thiết kế xây dựng Kết cấu thép | Liên kết nút dầm-cột thép theo TCVN

Một liên kết hay gặp trong thực tế thiết kế xây dựng là liên kết bulông tại nút dầm-cột, hoặc nút nối dầm dùng bản bích chịu tác dụng của lực dọc, lực cắt, moment uốn M,N,Q. Bài viết này trình bày một quy trình tính toán thực hành để lập bảng tính thuận tiện trong công tác thiết kế kết cấu này.

Khi lực dọc N nén:

Moment gây uốn bản bích làm tách hai bản bích, lực dọc nén hạn chế bớt sự uốn này (ép hai bản vào), do đó để thiên về an toàn ta bỏ qua ảnh hưởng của lực nén N. Coi liên kết xoay quanh hàng bulông trong cùng, lực kéo lớn nhất ở hàng bulông ngoài cùng, bỏ qua ảnh hưởng của các bulông ở miền chịu nén (ở gần tâm quay):

$$N_{bmax}=\frac{Mh_1}{2\sum{h_i^2}}$$

$h_1$: khoảng cách giữa hai hàng bulông ngoài cùng

$h_i$: khoảng cách từ hàng bulông thứ i (vùng kéo) đến tâm quay

Kiểm tra bulông chịu kéo và chịu cắt. Theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012, khi bulông vừa chịu kéo vừa chịu cắt sẽ kiểm tra riêng rẽ (vì sự phá hoại do kéo xảy ra trên tiết diện thực còn sự phá hoại do cắt xảy ra trên tiết diện nguyên của bulông). Điều kiện là:

$$N_{bmax}\leqslant [N_{bl}]=A_{bn}f_{tb}$$

$$Q\leqslant [Q]=Af_{vb}\gamma_{vb}$$

$A_{bn}$: diện tích thực của một bulông (trừ giảm yếu do ren)

$f_{tb}$: cường độ tính toán chịu kéo của bulông

$f_{vb}$: cường độ tính toán chịu cắt của bulông

$A$: diện tích tiết diện nguyên của thân bulông (không bị ren)

Khi lực dọc N kéo:

Một cách gần đúng, bulông chịu thêm lực kéo do moment lệch tâm của lực N với tâm quay:

$$N_{bmax}=\frac{(M+Ny)h_1}{2\sum{h_i^2}}$$

$y$: khoảng cách từ trục cột đến tâm quay.

Kiểm tra bulông chịu lực như trên

Tính toán bản bích:

Bản bích phải có chiều dày $t_{bb}$ đủ lớn để truyền lực kéo do moment vào bulông, phải lớn hơn giá trị lớn hơn trong hai trị số sau:

$$t_{bb}\approx 1,1\sqrt{\frac{g\sum{N_{max}}}{2(b_{bb}+g)f}}, t_{bb}\approx 1,1\sqrt{\frac{g\sum{N_i}}{2(b_{bb}+h_o)f}}$$

$N_i$: lực kéo trong một bulông hàng thứ i $N_i=N_{bmax}\frac{h_i}{h_1}$

$h_o$: chiều cao vùng chịu nén với giả thiết ứng suất vùng nén đạt đến cường độ tính toán f

Tính toán đường hàn cột/dầm vào bản bích:

Có thể tính gần đúng như sau:

Coi đường hàn góc tại bản cánh chịu M và N:

$N_c=M/h_c+N/2$

$h_c$: khoảng cách trọng tâm hai cánh cột

Đường hàn bản bụng chịu lực cắt Q.

Chọn chiều cao đường hàn và kiểm tra ứng suất cắt đường hàn khi chịu $N_c$ và $Q$ bằng cách so sánh với cường độ tính toán đường hàn $(\beta f_w)$.

Ứng dụng cụ thể trong thiết kế công trình tại đây.