Tinhtoanketcauhan

Giáo trình Tính toán kết cấu hàn (Lưu hành nội bộ)
1
Mô đun: TÍNH TOÁN KẾT CẤU HÀN
Mã số: MĐ 30
Thời gian thực hiện : 90 h (Lý thuyết: 30 h; Thực hành: 60 h)
MỤC TIÊU MÔ-ĐUN:
Mô đun này nhằm trang bị cho người học kiến thức về tính toán ,xác định ứng suất và
biến dạng sinh ra khi hàn các kết cấu,biết được các biến dạng sinh ra khi hàn,đồng thời
biết tính toán,thiết kế các kết cấu hàn đơn giản.
MỤC TIÊU THỰC HIỆN:
Học xong mô-đun này người học sẽ có khả năng:
- Nhận biết chính 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.

2
BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN
MÃ 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

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.

4
BÀI 2: TÍNH ĐỘ BỀN MỐI HÀN
MÃ 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.
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:
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.

5
kSBN ].[. δ≤
Bài toán 3: Tính toán các kích thước mối hàn theo công thức sau:
S
N
k
k
BNSB ].[
].[. σ
σ ≥⇒≥ (2-4)
Và:
B
N
k
k
SNSB ].[
].[. σ
σ ≥⇒≥
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
.lP
M =
W là mô men chống uốn được xác định như sau:
h
SB
W ][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)

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)

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 n
d
.
..
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
lh
llh
L
6
.
..
. 2
+

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
MÃ 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:
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 suấtb- 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

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
5500
C÷13500
C.
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)

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
q
b
.484,0
1 =
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
)
0
C)
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)
0
C: 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
. 2
hS
Wu =
1)

11
h độ võng:d-Tín
EJ
lM
f
.
=
8
2
Vớ
(3-12)
i
12
. 3
hS
J =
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)

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
q
b
.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
0
c :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
)

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
−+
+
=
σσ
σ
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
oba
PaMa
+
=
2
obc
Mc Pc
+
=
Vì các mô men này có chiều ngược nhau cho nên :
M = Ma - Mc = =
2
..
2
.. 22
oo bc
sc
ba
sa
+
−
+
σσ-
2
obc
Pc
+
2
oba
Pa
+
Thay giá trị của ứng suất phản kháng vào ta có
)(
)(2
0b
h
M T
−
=
..
0
0
ca
b
Sb
++
)(2
).(.
0bh
cahP
M
−
−
=
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
−
−
==
W
u =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
lM
f
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

14
12
J =
. 3
hS
Thay vào biểu thức tính độ võng ta có.
3
2
3max
..2.8 SEhES
2
.
..3..12
h
lMl
==
M
f
Vậy ta có: (
...2
..3
3
2
max cm
h
)
SE
lM
f =
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
P
σ
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 = 1
2
112 .. S
S
bh n ⎟
⎞
⎜
⎛
−−σ
2 ⎠⎝

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 2
M
f
.
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)

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.

17
BÀI 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM, TRỤ
MÃ 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:
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 dựng, cơ khí chế tạo máy,công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp chế tạo
tàu thủy và các ngành công nghiệp khác
NỘI DUNG CHÍNH :
1. Khái niệm về dầm, trụ.
Khái niệm:
-Dầm là một phần tử củ
thành các kết cấu khung, bệ .
Trong thực tế dầm
thép, khung sườn tàu thủy, ô tô, cầu trục ...
-Trụ là một kết cấu chịu tải trọ
chống khung nhà, các phần tử của khung thân máy, của toa xe,các loại trụ cầu, các loại
cột điện..v..v. lực đặt lên trụ có thể là đúng t
Phân loại:
-Trong thực tế dầm có rất nhiều loại, tùy theo từng điều kiện cụ
c
chịu uốn là chính c
-Dầm có mặt cắt ngang hình chữ I
-Dầm có mặt cắt ngang hình chữ nhật
-Dầm có mặt cắt ngang hình chữ U
-Các loại dầm khác gồm có dầm có
cấu trụ thép được chế tạo bằng phươ
c dạng sau đây:
L
Loại trụ có mặt cắt ng
L
2. Tính toán dầm, trụ.
*

18
- Tính chọn chiều cao của dầm.
hế độ chịu uốn cho nên độ cứng của dầm phải được thỏa mãn,
ầm được đảm bảo thì chiều cao của dầm phải được xác định
ủa nó. Trong thực tế chiều cao tính toán của dầm có
a
Do dầm làm việc ở c
muốn độ cứng của d
thỏa mãn được các điều kiện c
thể được tính theo công thức thực nghiệm sau :
Đối với dầm chữ I:
kSv
M
h
].[
4,13,1
σ
÷= (4-1)
Đối với dầm hình hộp:
kSv
M
h
].[σ
= (4-2)
Trong đó :
ính toán của dầm
Sv :là chiều dày của tấm vách. Khi thiết kế dầm thì trị số của Sv là chưa biết,
n đầu ta chọn Sv một giá trị nào đó. Với các kết cấu xây dựng thì Sv
sau:
b- Tính toán các
-Tính mô men chố
-Mô mô men chống uốn của dầm được xác định theo công thức sau:
M :là mô men uốn t
vì vậy ba
được chọn trong một giới hạn hẹp như
Sv = 5 ÷ 10 khi chịu tải trọng nhẹ.
Sv = 10 ÷ 18 khi chịu tải trọng nặng.
thông số khác của dầm:
ng uốn:
M
k][σ
-Tính mô men quán tính của tiết diện, moomen quán tính được tính n
yW = Trong đó M đã được xác định.
hư sau:
(4-3)
2
Trong đó
.WJ yy =
W đã tính
à chiều cao dầm ã đ h theo công thức thực nghiệm ở trên.
-Tín uán tính của tấm vách đứng có chiều cao hv , chiều dày Sv.
Mô h của tấm vách đứng được xác định như sau:
h
(4-4)
y
h l đ ược tín
h mô men q
men quán tín
. 3
hS
12
Trong đó:
vv
vJ = (4-5)
hv được lấy gần đúng theo công thức sau: hv = 0,95.h
-Tín uán tính của 2 tấm đế.
Jd = JY – Jv (Áp dụng từ: JY = Jd+ Jv)
h mô men q
Mô men quán tính của 2 tấm đế được tính theo công thức sau:
Nhưng theo lý thuyết bền ta lại có:
⎥
⎥⎢ ⎟
⎞
⎜
⎛
+= 1
2
h
FJJ
⎤⎡ 2
⎦⎠⎝ 2
Trong đó:
men quán tính của tấm đế lấy i với tr g của nó. Thường thì
trị số này rất nhỏ cho nên khi tính toán ta có thể bỏ qua
⎢⎣
0 dd
J0 :là mô đố ục riên
(4-5)

19
khoảng cách giữa hai tấm đế, thường được chọn như sau:
Từ biể
h1 :là
h1 = (0,95÷ 0,98).h
u thức trên ta có tiết diện của một tấm đế là:
2
Fd =
1h
ứng suất do uốn:
.2 J d (4-6)
-Tính
ụng của mô men ốn M ây ra một ứng suất uốn và được xác định như
sau:
Dưới tác d u sẽ g
k
J
][
.2
σσ ≤=
Y
hM .
-Tính ứng suất cắt:
ụng của lực cắt Q trên mặ ắt ngang sẽ xuất hiện ứng suất cắt, ứng suất
c xác định như sau:
(4-7)
Dưới tác d t c
cắt này đượ
][
.
ττ ≤=
vSJ
Trong đó :
.SQ
ực cắt ngang lớn nhất của dầm
ĩnh của ½ mặt cắt ngang l đối với trọng tâm của dầm
chiều dày của tấm vách.
-Tính ứng
Ứng s ột
mặt cắ rên của tấm vách, công thức tính như sau:
(4-8)
Q: là l
S: là mô men t ấy
Sv: là
suất tương đương.
uất tương đương được xác định khi giá trị của M và Q cùng cực đại tại m
t, chúng được xác định ở cạnh t
ktd ][.3( 2
1
2
1 στσσ ≤+=
Trong đó:
(4-9)
J
hM v
.2
.
1 =σ
vSJ
SQ
.
.
1 =τ
Với S là mô men tĩnh của tiết diện ngang lấy đối với trục trung tâm của tiết diện
dầm.
Tron
hợp td ≤ 1,05.[σ]k
iết diện được coi là hợp lý khi:
dầm.
ầ ết với nhau bằng các đường hàn góc giữa các
tấm đế và các tấm vách. Khi dầm làm việc thường xuất hiện cả hai loại ứng suất
ng suất cắt dọc theo mối hàn giữa tấm vách và
g một số trường hợp σtd nhỏ hơn ứng suất gây ra do uốn, do vậy trong mọi trường
thì: σ
T
(4-10)σmax = (0,95 ÷ 1,05) .[σ]k
c- Tính toán thiết kế các mối hàn
Phần lớn các phần tử của d m liên k
pháp tuyến và ứng suất tiếp tuyến, ứ
tấm đế là nguy hiểm nhất, ứng suất này được xác định như sau:
vSJ
SQ
.
.
=τ (4-11)

20
Các mối hàn có cạnh là K thì:
KJ .7,0.2.
SQ.
=τ
Trường hợp tải trọng di động trên mặt dầm thì:
(4-12)
Kz
k
.7,0.2.
Pn.
=τ
Trong đó:
P: là trị số tải tr ập
n: là trị số phụ thuộc vào đặc trưng gia công cạnh tấm đứng
à chiều dài mối hàn tính toán trên đó áp lực truyền từ tấm đế sang tấm
Sau kh
thức s
(4-13)
ọng t trung
z: l
đứng.
i xác định được T và T ta tiến hành xác định ứng suất tổng hk ợp theo công
au:
(4-14)
hkth ][22
ττττ ≤+= .
*Trong thực tế khi yêu cầu sử dụng dầm có chiều dài lớn ta phải tiến hành nối dầm,
ầm cần lưu ý các mối nối ở các tấm phả hau như hình vẽ:
(Hình vẽ nối d m)
khi nối d
ầ
i lệch n
Độ bền của mối hàn nối dầm được xác định như sau:
h
W
M
][σσ ≤=
Nếu σ > [σ]h thì ta phải hàn thêm vào chỗ nối tấm ốp p m cho mô men quán
tính tăng và mô men chống uốn sẽ tăng, lúc này ta có:
(4-15)
hụ để là
h
W
M
][
'
σσ ≤= (4-16)
Trong đó:
W’ là mô men chống uốn của tiết diện khi có tấm
Khi tính toán thiết kế ta nên hạn chế dùng tấm đệm vì nó là nguồn gốc sinh ra
uất tập trung.
*Tính toàn thiết kế trụ
đệm.
ứng s
a- Tính toán thiết kế mặt cắt ngang của trụ
ủa trụ khi chịu nén đúng tâm được xác định theo công thức sauĐộ bền và độ ổn định c
đây:
ϕσσσ .][][ kn
N
=≤=
F
Trong đó:
N: là lực nén dọc trục
F : là diện tích mặt cắt ngang của trụ
(4-17)

21
hệ số uốn dọc, hệ số này luôn nhỏ hơn 1
Khi tí hệ số φ để đảm bảo tính ổn định của phần tử chịu nén
do bị u
Nếu gọi λ l án tính quán tính r của tiết diện
ngan
φ: là
nh toán thiết kế ta dùng
ốn dọc.
à tỷ số giữa chiều dài tự do L của phần tử với b
g của phần tử cong, nó là một hư số và:
r
L
=λ
Trong đó :
r là bán kính quán tính được xác định theo côn sau:
(4-18)
g thức
F
J
r =
Ở công thức trên: J là mô men quán tính của tiết ngang (F)
Khi xác định chiều dài của trụ cần lưu ý một điều là, chiều d òn phụ thuộc vào
ạng liên kết của trụ.
để tính F theo
ài toán náy ta phải sử dụng bài toán gần đúng liên tục.
c
(4-19)
diện của trụ
ài này c
d
Sau khi xác định được λ ta có thể tra bảng để xác định được φ, dựa vào φ
công thức (4- 1). Nhưng mặt khác ta cũng thấy rằng muốn chọn được φ thì phải căn cứ
vào F. Vì vậy khi giải b
Đầu tiên ta chọn trước một giá trị φ1 = 0,5÷ 0,8 tùy thuộc vào từng loại kết cấu ,sau khi
chọn được φ1 ta thay vào công thức kiểm tra điều kiện bền để xác định F1 theo công thứ
sau đây:
1
1
][ ϕσ
N
F =
k
Sau khi xác định được F1 ta thiết kế mặt cắt ngang hợp lý trên c ở của F1 và sẽ có mặt
cắt ngang mới F2 ≈ F1 ( F2 luôn được chọn lớn hơn F1)
Từ F ta tính mô men quán tính nhỏ nhất để thay vào công thức (4-3) nhằm xác định bán
(4-20)
ơ s
2
kính nhỏ nhất như sau:
2
min
minr =
J
(4-21)
F
Từ rmin ta có:
min
max
r
L
=λ
Với giá trị của λmax được xác định ở trên ta tiến hành tra b ác định hệ số φ, hệ số
này ta gọi là φ2.
Thay φ để kiểm tra lại điều kiện bền theo công thức:
(4-22)
ảng để x
2
k
N
F . 22 ϕ
Nếu sai lệch trong ccong thức trên nằm trong phạm vi ±5% thì thõa mãn
][σσ ≤=
điều kiện bền,
các kích thước tính toán và mặt cắt thiết kế đảm bảo h
Trong trường hợp kết quả tính toán vượt ra khỏi giới hạn cho phép trên thì phải tính toán
ực hiện các bước sau:
trong một số trường hợp người ta có thể cho trước giá trị này.
ợp lý.
lại từ đầu.
Như vậy khi tính toán thiết kế một kết cấu trụ , chúng ta phải th
- Chọn trước một giá trị φ1, thông thường giá trị φ1 này nằm trong phạm vi từ 0,5÷
0,8.
- Tính F1 theo công thức (4-20).
(4-23)

22
sau đó chọn mô men quán tính nào có giá trị nhỏ
bán kính quán tính cực tiểu theo công thức (4-21)
rút ra kết luận.
õa mãn các yêu cầu.
dụng đặt đúng tâm thì lực ngang
Q = 0, tuy nhiên trong thực tế thì trụ nào khki bị nén cũng cong đi một ít và lực tác
≠ 0. theo thực nghiệm
các bon thấp, hợp kim
Trường hợp vật liệu sử dụng chế t ợp kim thì công thức tính
định:
- Thiết kế mặt cắt hợp lý , trên cơ sở của F1 từ đó xác định F2 của mặt cắt vừa thiết
kế.
- Tính mô men quán tính Jx và Jy
hơn để tính bán kính quán tính cực tiểu.
- Tính
- Tính độ cong lớn nhất λmax theo công thức (4-22)
- Tra bảng và xác định φ2
- Kiểm tra lại điều kiện bền theo công thức (4-23)
- So sánh kết quả tính toán với các điều kiện cho phép để
- Tính toán lại nếu không th
b- Tính toán thiết kế các mối hàn liên kết các phần tử của trụ
Trong quá trình chịu tác dụng của lực ,nếu lực tác
dụng cũng không hoàn toàn đặt đúng tâm. Vì vậy lực ngang Q
thì lực ngang được xác định như sau:
Q = 0,2. F (KN )
Trong đó F là diện tích mặt cắt ngang của trụ có thứ nguyên là cm2
. Công thức trên
chỉ áp dụng khi vật liệu chế tạo là thép nhôm.
ạo trụ là các loại thép h
toán là:
Q = 0,4. F (KN )
Với những kết cấu mà khi làm việc xuất hiện cả lực dọc và lực ngang thì ta có công
thức xác
l
PQ .=
Trong đó :
e
e: là khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm của t ngang
l: là chiều cao của trụ
Ứng suất sin h như sau:
mặt cắ
h ra tại các mối hàn dưới tác dụng của lực ngang được xác địn
KJ .7,0.2.
SQ.
=τ
Trong đó:
Q là lực cắt ngang
J là mô men quán tính của toàn tiết diện lấy đối với trục Y
chiều cao mối hàn
y đối với trục đứng
Vật liệu sử dụng
K là
S là mô men tỉnh lấ
Độ cong
phần tử
(λ) CT3, CT4 CT5 Thép hợp kim Hợp kim nhôm
10 0,99 0,98 0,98 0,973
20 0,97 0,96 0,95 0,946
30 0,95 0,93 0,92 0,890
40 0,92 0,89 0,89 0,770
(4-25)
(4-24)
(4-26)
(4-27)

23
50 0,89 0,85 0,84 0,664
60 0,86 0,80 0,78 0,542
70 0,81 0,74 0,71 0,458
80 0,75 0,67 0,63 0,387
90 0,69 0,59 0,54 0,322
100 0,60 0,50 0,46 0,280
110 0,52 0,43 0,39 0,243
120 0,45 0,37 0,33 0,213
130 0,40 0,32 0,29 0,183
140 0,36 0,28 0,25 0,162
150 0,32 0,26 0,23 0,152
160 0,29 0,25 0,21
170 0,26 0,21 0,19
180 0,23 0,19 0,17
190 0,21 0,17 0,15
200 0,19 0,15 0,13

24
BÀI 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN, TẤM VỎ
MÃ BÀI: MĐ-30-05
D ỹ thuật, đặc biệt trong
công nghiệp xây dựng, giao thông, chế tạo thiết bị nâng hạ, các công trình điện, công
trình viễn thông v.v.
bền, độ kín.
a. hái niệm chung :
các thanh liên kết với nhau ở các đầu mút bằng các khớp bản lề,
ủa tải trọng. Hệ thống được xem là bất biến về
hệ thống mà khi chịu tải trọng thì các điểm của nó có chuyển vị,
dàn hàn được xem như là một hệ thống bản lề và việc tính
tấm kim loại với
hứa, vỏ tàu thủy, máy bay, xe ô tô, toa tàu,
ác loại bình chứa khí, chứa các loại chất lỏng, các loại ống dẫn.v.v.Các loại yêu cầu
Mục tiêu:
Sau
Trình bày đầy đủ khái niệm về dàn, kết cấu tấm vỏ.
h bày rõ các công thức liên quan đến việc tính toán kết cấu dàn, tấm vỏ
iện pháp chống ứng suất
g tác an toàn và vệ sinh phân xưởng.
khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng:
Trìn
Mô tả các ứng suất biến dạng khi hàn tấm vỏ và b
và biến dạng đó.
Tính toán chính xác vật liệu để gia công các kết cấu dàn, tấm vỏ
Vận dụng kiến thức tính toán vào thực tế sản xuất linh hoạt.
Thực hiện tốt côn
àn là một kết cấu được sử dụng rất nhiều trong các ngành k
Các kết cấu tấm được sử dụng rất rộng rãi trong kỷ thuật, đó là các thùng chứa, bể
chứa, nồi hơi, vỏ tàu thủy, các loại thiết bị trong hóa chất.v.v. Các loại kết cấu này cần
có mối hàn đãm bảo độ
1. Khái niệm về kết cấu dàn, tấm vỏ.
K
-Dàn là một hệ thống
bất biến về hình dáng khi chịu tác dụng c
hình dáng hình học là
song khi bỏ tải trọng thì các điểm của nó trở về vị trí ban đầu, nghĩa là hệ thống đó làm
việc ở trạng thái đàn hồi.
Các dàn liên kết bằng hàn không phải là dàn bản lề nhưng thực nghiệm chứng tỏ rằng
sự phân bố ứng lực trong các thanh của dàn hàn không khác nhau nhiều so với các dàn
bản lề-bu lông. Vì vậy các
toán thiết kế được thực hiện như hệ thống dàn liên kết bằng bu lông- bản lề
Cấu trúc dàn gồm các phần tử như sau: Thanh biên trên, thanh biên dưới, thanh chống,
thanh giằng, liên kết giữa các phần tử với nhau được gọi là nút dàn.
Kết cấu dàn được thể hiện như hình vẽ sau:
-Kết cấu tấm là những kết cấu được tạo thành bằng việc liên kết các
nhau tạo thành những dạng thùng chứa, bể c
c
này thường có yêu cầu về độ kín, độ bền của mối hàn cao đảm bảo an toàn khi vận hành
sử dụng. Các liên kết hàn trong kết cấu tấm thường là những liên kết hàn giáp mối, liên
kết hàn góc. Các tấm kim loại trước khi hàn thường được tạo hình phù hợp với đặc
điểm làm việc của kết cấu. Các mối hàn sau khi hàn thường được kiểm tra chặt chẽ
theo quy định đã được tiêu chuẩn hóa.

25
b. hân loại :
hân loại Dàn:
àn được phân loại theo công dụng, theo kết cấu tổ hợp của nó, trong kỹ thuật dàn
hợp lý nhất là dàn thõa mãn được các điều kiện như: kết cấu hợp lý nhất,
hất, chế tạo dễ dàng nhất. Kết cấu dàn được chia ra các loại như sau:
Dàn kèo nhà công nghiệp
àn cầu trục
hân loại kết cấu tấm:
rong thực tế hầu hết các loại kết cấu tấm đều có những yêu cầu khác nhau về độ kín và độ
ền tùy theo những điều kiện làm việc. Do vậy công nghệ gia công cũng có những yêu cầu
ược các điều kiện kỷ thuật.
dùng để chứa các chất lỏng và chất
ảng T ≤ 100 C . Các loại kết cấu này thường làm việc trong những điều
loại kết cấu này trong quá trình làm việc luôn luôn ở trạng thái nguy
ệ số an toàn rất cao vì vậy khi làm việc phải tuân theo những chỉ dẫn
P
P
D
được xem là
trọng lượng nhỏ n
Dàn kèo nhà: bao gồm :Dàn kèo nhà dân dụng – Dàn kèo nhà công nghiệp.
Dàn kèo nhà dân dụng:
D
P
T
b
tương ứng để thỏa mãn đ
Do những đặc điểm trên mà hầu hết các loại kết cấu đều được phân chia làm hai nhóm sau
a- Nhóm 1
Gồm các loại thùng chứa, và các loại kết cấu khác
khí không nguy hiểm vì nổ, không có độc và có áp suất nhỏ trong phạm vi P ≤ 5 N/cm2
0
nhiệt độ kho
kiện bình thường.
b- Nhóm 2
Gồm các loại kết cấu như vỏ tàu thủy, bình chứa oxy, bình chứa khí cháy, nồi hơi chịu
áp lực cao.v.v. Các
hiểm yêu cầu có h
đặc biệt.

26
2.
2.1: , thiết kế Dàn
- Tính tải trọng và ứng lực trong các thanh của dàn
ính tải trọng
các lực tập trung, lực phân bố và các mô men uốn...
gối đỡ
hản lực tại các gối đỡ
Tính toán kết cấu dàn, tấm vỏ.
Tính toán
a
T
Các tải trọng đặt lên dàn bao gồm
Tính các phản lực tại các
Dùng các phương trình cân bằng tĩnh học để tính các p
0=∑ AM 0=∑ B
Tính mô men uốn lớn nhất
M (5-1)
Mmax=∑ tM
n
(5-2)
=t 1
Tính nội lực trong các thanh của dàn
ng các thanh của dàn ta dùng phương pháp mặt cắt nhưng
trước đó cần xác định xem dàn thuộ ào, đ ứng hay không đối xứng, nếu đối
xứng ta chỉ cần xét một nữa dàn, nữ ại lấy i xứng tương ứng cho từng phần tử.
h toán cho toàn bộ dàn.
là
iểm iao
Khi thành l ỳ
ần dàn
ố lượng mặt cắt phụ thuộc vào các phần tử của dàn, tất cả các phần tử đều phải cắt để
xác định nội lực.
rình cân bằng sau:
Để xác định được nội lực tro
c loại n ối x
a còn l đố
Nếu dàn không đối xứng thì ta phải tín
Dùng mặt cắt để cắt dàn, lập phương trình cân bằng cho phần dàn bị cắt như sau:
0=∑ iM : Tổng mô men cuả các lực lấy đối với điểm i của mặt cắt i-i’là
điểm giao nhau của các phần tử tại nút bị cắt
0'
=∑ iM : Tổng mô men cuả các lực lấy đối với điểm i’ của mặt cắt i-i’
đ g nhau của các phần tử tại nút bị cắt
0=∑ AM : Tổng mô men của các lực lấy với gối đỡ
ập các phương trình cân bằng cũng có thể xét điều kiện cân bằng cho bất k
nàoph
S
Nếu sau khi cắt mà vẫn còn phần tử chưa xác định được nội lực thì ta phải sử dụng
thêm phương t
0=∑ YM (5-3)
Giải các phương trình cân bằng đã thành lập để xác định nội lực trong các phần tử c
dàn.
ủa
- Xác định tiết diện ngang của các thanh của dàn
anh biên chịu nén phải cóa diện tích mặt cắt ngang được xác định theo công thức
sau:
b
Tính tiết diện của thanh biên bị nén
Th
ϕσ .][ k
Trong đó:
YC
N
F = (5-4)
FYC :Là diện tích yêu cầu của mặt cắt ngang
N là nội lực tính toán
φ là hệ số uốn dọc, hệ số này được ước chọn trước
Sa nh được FYC ta tiến hành xác định mặt cắt hợp lý, tính lại F, kiểm tra
bền th
u khi xác đị
eo công thức sau:

27
k
F
][
.
σ
ϕ
σ ≤=
Nếu các thanh được hàn
N
với nhau thì cạnh mối hàn được xác định như sau:
K= (0.4 90.6 ).S
Ứng suất sinh ra trong mối hàn được xác định theo công thức sau:
KJ .7.0.2.
=τ
SQ.
Trong đó :
(5-5)
(5-6)
Q: là lực ngang của thanh
S: là mô men tĩnh của thanh biên lấy đố với tâm c a tiết diện
ô men quán tính của thanh biên lấy đối với trọng tâm của mặt cắt
Đối với n t
cắt theo t ng , mỗi khung có chiều dài không quá 8 m.
u như thanh biên chịu
nén, được tính theo công thức sau:
i ủ
J là m
ngang
K là cạnh của mối hàn
hững dàn chịu tải trong lớn thì thanh biên có thể thay đổi kích thước mặ
ừng khu
Tính tiết diện của thanh biên chịu kéo.
Thanh biên chịu kéo thường được chế tạo cùng một loại vật liệ
k
YCF
][σ
=
N
Tính tiết diện của thanh giằng và thanh trụ:
Các loại thanh giằng, thanh trụ của dàn thường được chọn hình dáng giống như các
thanh biên
(5-7)
Với các thanh biên bị kéo thì :
k
YCF
][σ
=
N
Với các thanh biên chịu nén thì:
ϕσ .][ k
YC
N
F
(5-8)
=
Trong đó: φ = 0,4 – 0,7.
n giản, ta chọ h giằng, thanh trụ có tiết
diện như nhau
a chỉ cần kiểm tra bền cho các thanh chịu nén còn các
ằng k = (0,4 – 0,6 ).S
c- Tí
Tí
Nút đế là nút vừa làm nhiệm vụ liên kết các phần tử của dàn vừa làm nhiệm vụ liên
ác
ó các chi tiết như sau:
bu lông với các kết cấu khác, các lổ này có thể là
cầu.
-Tính kích thước của tấm đế
Để việc tính toán thiết kế được đơ n than
Khi tính toán độ bền thì t
thanh chịu kéo thường là thõa mãn bền. Các mối hàn thường chọn cùng kích
thước và chọn b
nh toán và thiết kế nút dàn
nh nút đế:
kết giữa dàn với các kết cấu kh
Nút đế gồm c
Tấm đế : kích thước của tấm đế đủ để liên kết được với các kết cấu khác , trên mặt
tấm đế có khoan các lổ để lắp ghép
hình tròn hoặc hình elip tùy theo yêu
Ngoài ra còn có tấm vách dọc, tấm vách ngang để liên kết các thanh trụ, thanh biên,
thanh giằng:
Kết cấu của nút đế như hình vẽ:
(5-9)

28
y bằng kích thước ,mặt cắt ngang của trụ liên kết
h dọc
c
c định tùy thuộc vào chiều dài của đường hàn các thanh trụ, thanh giằng,
Kích thước của tấm đế phải đủ lớn để lắp ghép với các kết cấu mà dàn liên kết.
Thông
Thường kích thước của tấm đế lấ
-Tính kích thước của tấm vác
Tấm vách dọc có chiều dài bằng chiều dài của tấm đế, chiều cao của tấm vách dọ
được xá
chiều dài mối hàn được xác định thoe công thức sau:
hK
L
].[.7.0 τ
=
-Tấm vách ngang: tấm cách ngang bao gồm 2 tấm được đặt vuông góc với tấm vá
dọc như hình vẽ, chiều rộng của tấm vách ngang phụ t
N
ch
huộc vào các kích thước lắp
ghép của tấm vách dọc và tấm đế, chiều cao của t ng bằng chiều cao của
tấm vách dọc.
một số trường hợp có liên kết với thanh giằng. Nút đỉnh thường chỉ
ngũ giác trong đó có hai cạnh dài và ba cạnh ngắn, hai cạnh dài để
c thanh trụ, thanh giằng và thanh biên. Nút
ung gian thường chỉ có hai kích thước là chiều dài và chiều rộng, các kích thước
ày phụ thuộc vào chiều dài các đường hàn liên kết giữa các thanh biên và các thanh
i các đường hàn này cũng được tính theo công thức (5-10)
d-
hợp đó các thanh biên có thể được nối giáp mối thẳng hoặc giáp mối xiên. Trong
ịu lực có thể sử dụng các tấm đệm phía trong hoặc phía ngoài.
2.2
a- Kết cấu thùng chứa hình trụ đứng.
Thùng chứa hình trụ đứng có cấu tạo gồm c a phần chính là thân thùng, nắp thùng,
đáy thùng. Đây là loại kết cấu đơn giản nhất trong các loại kết cấu tấm, việc tính toán
hần đã giới thiệu ở trên.
ấp, thép hợp kim thấp.
ấm vách nga
Tính nút đỉnh:
Nút đỉnh là nút trên cùng của dàn,nút đỉnh chỉ có ở các dàn kèo nhà công nghiệp
hoặc dàn kèo nhà dân dụng, nút làm nhiệm vụ liên kết các thanh biên trên, thanh
chống và trong
có một tấm hình
liên kết với các thanh biên, chiều dài của các cạnh này phụ thuộc vào chiều dài
đường hàn tính toán giữa thanh biên trên với nút đỉnh và góc đỉnh của dàn. Chiều
cao của nút đỉnh phụ thuộc vào chiều cao của nút đỉnh phụ thuộc vào chiều dài
đường hàn liên kết giữa thanh trụ và nút đỉnh. Chiều dài các đường hàn này được
tính toán như công thức trên.(5-10)
Tính các nút trung gian:
Nút trung gian là nút liên kết giữa cá
tr
n
trụ, thanh giằng, chiều dà
Nối các thanh biên
Trong quá trình gia công, do yêu cầu thiết kế nhiều khi chiều dài vật liệu chế tạo
thanh biên không đủ lớn, do vậy cần phải nối các thanh biên. Trong những trường
những trường hợp ch
Việc tính toán kiểm tra các mối hàn được thực hiện giống như những phần trước.
:Tính toán kết cấu tấm
ó b
cũng được thực hiện cho ba p
Vật liệu chế tạo là các loại thép các bon th
Tính toán phần thân thùng.
Do thân thùng là hình trụ đứng , cho nên thường được thiết kế như sau. Thân trụ
thường được chế tạo bằng nhiều đoạn ống được nối ghép lại với nhau bằng các đường
(5-10)

29
uộn tròn và liên kết
c đoạn ống phía dưới thường có chiều dày lớn hơn
ó các
thể tích của chất lỏng
gang
Theo lý thuyết về ứng suất vành ta có th ng thức sau định bề dày
cầ oạn ống bất kỳ:
hàn giáp mối, các đoạn ống cũng được tạo thành từ các tấm thép c
bằng đường hàn giáp mối dọc. Cá
các đoạn ống ở phía trên . Như vậy ở kết cấu trự đứng các mối hàn liên kết gồm c
mối hàn dọc và các mối hàn ngang , theo lý thuyết thì các mối hàn dọc sẽ chịu lực chủ
yếu. Chiều dày của vỏ quyết định độ bền của chúng.
Quá trình tính toán được thực hiện như sau:
- Tính áp lực bên trong của thùng.
Áp lực trong của thùng được xác định theo công thức sau.
P = ρ.y (5-11)
Trong đó :
ρ :là trọng lượng đơn vị
y :là độ sâu của lớp xét so với mặt phẳng nằm n
ể dùng cô đây để xác
n thiết cho một đ
Sy/c =
h][σ
RP.
(5-12)
Trong đó :
R là bán kính của hình trụ
P là áp lực tính theo công thức trên và thường tính cho điểm ở cách mép dưới
của tấm 300 mm cho phù hợp với điều kiện kỷ thuật.
Nế oạn ống nào đó yêu cầu khoan lổ để lắp ống dẫn thì tại chỗ khoan lổ sẽ
bị yếu đi ể kiểm nghiệm theo công thức sau đây:
u trên một đ
, do vậy tại chổ này ta có th
σ = ⎟⎟
⎠
⎜⎜
⎝ − dhS d
d
≤ [σ]h
Trong công thức trên ta có;
⎞⎛ hRP.
P: là áp lực trong thùng chứa .
R: là bán kính của hình tr
h : là chiều cao đoạn ống.
an .
Phần guy hiểm, tuy nhiên khi tính toán ở trên nếu ứng
suất t o phép thì cần phải vá thêm ở chổ lổ khoan một
miến hịu lực tăng lên, làm cho ứng suất tính toán giảm
xuốn
ụ .
d : là đường kính lổ kho
lớn các lổ khoan không gây ra n
ính toán vượt quá ứng suất ch
g , nhằm làm cho tiết diện c
g .
Tính toán đáy thùng .
Đáy thùng thường được thiết kế là đáy phẳng hoặc đáy lồi tùy theo từng trạng thái làm
iệc của kết cấu.
áy phẳng : Đây là loại đáy thông dụng thường được sử dụng nhiều, đáy được đặt trên
cát cho nên đáy không chịu lực làm việc . loại đáy này được
ờng hợp, thùng chứa có dung tích lớn, phần ngoài biên của đáy nơi
v
-Đ
nền xi măng hoặc trên nền
chế tạo bằng thép tấm có chiều dày từ 4÷8 mm và phụ thuộc vào đường kính của thùng
. Trong một số trư
lắp ghép với vách đứng người ta bố trí những tấm có chiều dày lớn hơn phần giữa của
đáy . Mối liên kết giữa đáy và phần trụ có tầm quan trọng đặc biệt trong kết cấu, ở ngay
tại chổ nối sẻ xuất hiện mô men uốn , trị số của mô men phụ thuộc vào chiều dày của
tấm vách đứng và chiều dài phần nhô ra khỏi vách của tấm đáy. Tuy nhiên phạm vi ảnh
(5-13)

30
hưởng của mô men này không lớn , mặt khác liên kết giữa phần trụ và đáy được thực
hiện bằng hai mối hàn liên tục trong và ngoài cho nên thỏa mản điều kiện bền. Vì vậy
các mối hàn này chúng ta không cần kiểm tra điều kiện bền .
- Đáy dạng cầu : Đây là loại đáy được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt mà
dùng đáy phẳng không hợp lý như tháp chứa nước, hoặc các thùng chứa chịu áp suất
cao.v.v. Đáy dạng cầu khó chế tạo , do vậy trong những trường hợp cần thiết mới sử
dụng để tránh lãng phí .
Khi tính toán đáy cầu, ứng suất ở đáy cầu được xác định theo công thức sau:
σd =
0
0.
S
RP
Trong đó:
(5-14)
P: là áp suất tại điểm xét trên đáy , được tính như ở trên
S0: là chiều dày của đá
R0: là bán kính trong của đáy, theo lý thuyết bền thì R0 ≤ 2R
y
Tính toán n
Nắp thùng thườ phía trong, phía ngoài là các tấm thép liên kết
hàn với nhau. M ồm các
anh biên trên và các thanh biên dưới liên kết với nhau tạo thành hình tam giác hoặc
ên liên kết với vỏ, các thanh biên dưới tựa lên trụ. Thông
ắp thùng
ng có cấu tạo gồm khung
ột số thùng có trụ chứa để khung có thể tựa lên được, khung g
th
hình thang . Thanh biên tr
thường chiều dày của tấm thép làm vỏ nắp S= 2÷3mm, các thanh của khung là thép chữ
[ hoặc chữ L. Các tấm thép làm nắp khi tính toán độ bền coi như bị ngàm cả chu vi, lấy
gần đúng là hình chữ nhật có các cạnh là a và b, ứng suất sinh ra trong tấm sẽ là:
σ = α. 2
2
..6
s
aq
Trong đó :
q :là tự trọng của nắp, trọng lượng của người và thiết bị trên nắp
(5-15)
S: là chiều dày của tấm thép
α : là hệ số điều chỉnh (α = 0.192 khi a=b ; α = 0.407 khi a ≠ b )
b- Tính
Các loại ất cao , trong quá trình làm việc luôn
luôn phả ng rất dễ
xảy ra cháy nổ gây ra hậu quả nghiêm trọng cho người và trang thiết bị. Do vậy khi tính
(cm)
các kết cấu bình chứa chất lỏng , chất khí áp suất cao
bình chứa chất lỏng chất khí có áp su
i tuân theo một quy trình nghiêm ngặt, bởi vì các loại bình này thườ
toán cần phải đảm bảo hệ số an toàn cao
Tính chiều dày của bình
Chiều dày của bình có thể được xác định theo công thức sau;
C
DP
S t
+
Φ
=
.200
.
Pk −].[σ
P: là áp suất làm việc của bình
Dt: là đường kính trong của bình
là hệ số bền của mối hàn , thường chọn từ 0,7÷1
iều dày , thường chọn C=1,7
tôn cơ bản , do công nghệ chế tạo)
T
S : là chiều dày bình
rong đó :
Φ :
C : là trị số bổ sung ch
(Do ăn mòn, chiều dày định mức
Tính
Chiều dà
chiều dày đáy bình
y đáy bình được xác định theo công thức sau;
(5-16)

31
C
DDP
S tt
+= .
.
hPZ
d
− .2].[.400 σ
Trong đó :
P; Dt; C; [σ]k : được chọn như trong công thức 6-6
Z : là hệ số làm yếu đáy thường chọn Z ≤ 1
ều cao của đáy bình
tk
ht: là chi
Các b
Đối với các c thực hiện giống như
trên.Nhưng hệ số an toàn , bởi vì tùy theo lý thuyết khi nổ
khi tính toán ta phải tính
ình làm việc trong điều kiện dễ gây ra cháy nổ
loại bình này khi tính toán thiết kế , cũng đượ
chúng ta cần phải nhân thêm
áp suất sẽ tăng từ 10-12 lần so với áp suất làm việc. Do vậy
tăng áp suất làm việc 12 lần .
(5-17)

32
BÀI TẬP ỨNG DỤNG:
.Cho mối ghép hàn như hình vẽ, biết rằng lực kéo N = 260 KN, [σ]h = 28 KN/cm2
, vật
ệu có chiều dày S = 8 m ể kết cấu đảm bảo điều
kiện bền.
.Cho mối ghép hàn chịu lực như hình vẽ. Hãy xác định độ bền của mối hàn nếu vật
ệu chế tạo kết cấu là thép các bon thấp có [σ]k = 28 KN/cm2
, N = 450 KN, S = 8 mm, B
300 mm.
.Cho kết cấu hàn chịu lực như hình vẽ. Hãy kiểm tra điều kiện bền của mối hàn , nếu
c tác dụng P = 120 KN, B = 260 mm, chiều dài mối hàn L = 400 mm, vật liệu có
] = 28 KN/cm2
.
1
li m. Hãy xác định chiều dài đường hàn đ
2
li
=
3
lự
[σ k

33
4.Cho dầm chịu lực như hình vẽ. Hãy xác định kích thước mặt cắt ngang của dầm biết
ằng:
2
h
b =r , [σ]k = 25 KN/m2
.
.Cho tấm thép có kích thước 1500 × 350× 8. Tấm thép được hàn đắp vào phần mép , vật
ệu có [σ]T = 24 KN/cm2
, C = 0,16 cal/g0
C, E = 2,1.104
KN/cm2
, lớp đắp có c= 2 mm.
ết cấu hàn bị biến dạng như thế nào? Tính độ võng của kết cấu.
.Cho kết cấu hàn giáp mối như hình vẽ . Hãy xác định độ võng của kết cấu sau khi hàn
iết rằng vật liệu chế tạo là thép các bon thấp có [σ]T = 25 KN/cm2
, E = 2,1.104
KN/cm2
.
ác kích thước cho trên hình vẽ.( h = 300 mm, h = 250 mm, S = 6 mm, l = 1500 mm, C
.Một kết cấu hàn có dạng như hình vẽ. Hãy tính ứng
uất và biến dạng khi hàn kết cấu đó, biết rằng: , l =
000 mm, C = 0,16 cal/g0
C, α = 11 g/A.h, γ = 7,85
5
li
K
6
b
C a c
= 0,16 cal/g0
C, αd = 10 g/A.h, γ = 7,85 g/cm3
). Mối hàn giáp mối có bề rộng là 8 mm,
chiều cao mối hàn là 1,5 mm, khe hở giữa 2 tấm ghép là 2 mm.
7
s
1 d
g/cm3
), E = 2,1.104
KN/cm2
, [σ]T = 24 KN/cm2
.

34
8. Cho một dầm chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy thiết kế mặt cắt ngang của dầm đảm
ảo điều kiện bền, yêu cầu mặt cắt ngang có dạng chữ I, biết rằng [σ]k = 26 KN/cm2
,
= 8 m.
. Cho một dầm chữ I chịu lực như hình vẽ sau. Hãy tính toán, thiết kế dầm nếu vật liệu
hế tạo dầm là thép có [σ]k = 25 KN/cm2
, P = 140 KN.
0. Dầm ch ng vật liệu dầm có
]k
b
l
9
c
1 ịu tải trọng như hình vẽ.Hãy tính toán thiết kế dầm biết rằ
= 26 KN/cm2
.[σ

35
11. Cho một trụ chịu tác dụng của tải trọng nén đúng tâm, P = 940 KN, l=8m, [σ]k = 24
N/cm2
, yêu cầu thiết kế mặt cắt ngang chữ I, vật liệu chế tạo là thép hợp kim thấp.
12. Kết cấu chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy tính toán thiết kế dàn làm việc bảo đảm
an toàn biết rằng vật liệu có [σ]k = 28 KN/cm2
, d = 2,5 m, l = 10 m.
4. Cho một dàn chịu tải trọng như hình vẽ. Biết vật liệu chế tạo dàn là thép cacbon
ấp có
σ]k = 24 KN/cm2
, P=20 KN, d=1,5 m, l=1,5 m.
K
1
th
[
Tính toán thiết kế dàn trên( thanh biên trên, thanh biên dưới, thanh giằng).

36
5. Tính toán các kích thước cơ bản của bình sinh khi có dung tích 40 lít, sản lượng
hí 2000 lít/giờ, áp suất làm việc 1,5 át, vật liệu có [σ]k = 20 KN/cm2
.
1
k
-Kiểm tra độ bền của bình dập lửa tạt ngược . Biết rằng đường kính của bình
dt = 60 mm

37
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Kết cấu thép-Cấu kiện cơ ội, Nguyễn Quang Viên.)
a học và kỹ thuật .
Hạnh - NXBGD- 2002
BGD-
g trình dạy nghề hàn – Bộ lao động thương binh và xã hội
ản đại học quốc gia Hà nội
bản (PGS-TS Phạm Quang H
- Sức bền vật liệu – Bùi Đức Tiển.
- Cẩm nang hàn – Nhà xuất bản kho
- Giáo trình công nghệ hàn - Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn
- Công nghệ hàn điện nóng chảy -Ngô Lê Thông (tập1- cơ sở lý thuyết) NX
2004.
- Chươn
- Thực hành kỹ thuật Hàn Gò – Trần Văn Niên, Trần Thế San
- Kỹ thuật hàn - Trương Công Đạt
- Công nghệ hàn – Nguyễn Văn Siêm
- Thực hành hàn hồ quang – Nhà xuất b
- Thực hành hàn TIG, MIG-MAG

38
MỤC LỤC
Mục tiêu mô đun............................................................................. Trang 1
Bài 1: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn............................................................2
Bài 2: Tính độ bền mối hàn.......................................................................4
1.Tính toán mối hàn giáp mối...........................................................
2.Tính toán mối hàn góc...................................................................
Bài 3: Tính ứng suất và biến dạng khi hàn...............................................9
1.Các khái niệm về ứng suất và biến dạng khi hàn ..........................
2.Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp........................................
3.Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối ...............................
4.Tính ứng suất và biến dạng khi hàn góc chữ T .............................
Bài 4: Tính toán kết cấu dầm-trụ.............................................................18
1.Khái niệm về dầm – trụ ..................................................................
2.Tính toán dầm – trụ ........................................................................
Bài 5: Tính toán kết cấu dàn-tấm vỏ .......................................................25
1.Khái niệm về kết cấu dàn – tấm vỏ ................................................
2.Tính toán kết cấu dàn – tấm vỏ ......................................................
Bài tập ứng dụng......................................................................................32
Tài liệu tham khảo...................................................................................36

Tinhtoanketcauhan

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (9)

Similar a Tinhtoanketcauhan

Similar a Tinhtoanketcauhan (20)

Tinhtoanketcauhan