Bài giảng Kết cấu thép - Chương 2: Liên kết kết cấu thép (Phần 2)

LIÊN KẾT BULƠNG
I. Các loại BL trong KCT
II. Sự làm việc của liên 
kết BL và khả năng 
chịu lực của BL
III. Cấu tạo của liên kết 
BL
IV. Tính toán liên kết BL
I. CÁC LOẠI BULƠNG DÙNG TRONG KCT
1. Cấu tạo chung của bu lông
2. Bu lông thô và bu lông 
thường
3. Bu lông tinh
4. Bu lông cường độ cao
- Thân bu lông
- Mũ
- Êcu (đai ốc)
- Long đen (đệm)
1. Cấu tạo chung của bu lông
Phân loại bu lông:
+ Bu lông thô
+ Bu lông thường
+ Bu lông tinh
+ Bu lông cường độ cao
+ Bu lông neo
- Phân loại theo độ bền từ 4.6 – 10.9:
+ Số đầu x 10 fu (daN/mm
2)
+ Số đầu x số sau fy (daN/mm
2)
+ Công trình thường nên dùng lớp độ bền 4.6, 4.8,
5.6
1. Cấu tạo chung của bu lông
Trạng
thái làm
việc
Ký
hiệu
Cấp độ bền
4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9
Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400
Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500
Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2)
- Dlỗ = d + (2 – 3 mm)
- Rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ
- Khi làm việc sẽ biến dạng nhiều không dùng
trong các công trình quan trọng có fy > 3800 daN/cm
2
- Dùng làm việc chịu kéo, để định vị các cấu kiện
khi lắp ghép
2. Bulông thô và bu lông thường
- Dlỗ = d + 0.3 mm, tạo lỗ bằng khoan
- Khe hở giữa bulông và lỗ nhỏ liên kết chặt,
làm việc chịu cắt
- Do tính phức tạp khi sản xuất và lắp đặt vào lỗ 
ít dùng
- Bu lông tinh có các lớp độ bền tương tự bu lông
thô và thường
3. Bu lông tinh
- Được làm từ thép hợp kim
- Cường độ cao có thể vặn êcu rất chặt Lực ma
sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng
- Dễ chế tạo, khả năng chịu lực lớn
- Dùng rộng rãi, thay thế cho liên kết đinh tán trong
các kết cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động
4. Bu lông cường độ cao
II. SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BULƠNG &
KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BULƠNG
1. Sự làm việc của liên kết bulông thô, 
bulông thường và bulông tinh
2. Sự làm việc chịu trượt của liên kết bulông 
cường độ cao
3. Sự làm việc của bulông khi chịu kéo 
Các giai đoạn chịu lực:
- Lực trượt < lực ma sát : các bản thép chưa bị trượt
- Lực trượt > lực ma sát : các bản thép trượt tương đối
với nhau
- Lực trượt truyền qua liên kết = sự ép của thân
bulông lên thành lỗ Thân bulông chịu cắt, uốn
và kéo
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
- Lực trượt tăng Liên kết làm việc trong giai đoạn
dẻo
 Phá hoại do cắt ngang thân đinh
 Phá hoại do lực ép mặt trên thành
lỗ
Phá hoại do cắt và do ép mặt
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
a. Khả năng làm việc chịu cắt của bulông:
[N]vb = fvb b A nv
- fvb : cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bu
lông
- b : hệ số điều kiện làm việc liên kết bulông
- A : diện tích tiết diện ngang thân bulông – phần
không bị ren
- nv : số lượng mặt cắt tính toán của bulông
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
Trạng
thái làm
việc
Ký
hiệu
Cấp độ bền
4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9
Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400
Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500
Cường độ tính tốn chịu cắt và kéo của bulơng (N/mm2)
d 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48
Bước
ren
2 2,5 2,5 2,5 3 3 3,5 4 4,5 5
A 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,72 7,06 10,17 13,85 18,09
Abn 1,57 1,92 2,45 3,03 3,52 4,59 5,60 8,16 11,20 14,72
Diện tích tiết diện của bulơng A, Abn (cm
2)
b. Khả năng làm việc chịu ép mặt của bulông:
[N]cb = d (t)min fcb b
- (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản
thép cùng trượt về một phía
- fcb : cường độ ép mặt tính toán của bulông
- d : đường kính thân bu lông
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
1. Sự làm việc của lk bulông thô, bulông
thường và bulông tinh
Giới hạn bền kéo đứt của
thép cấu kiện được liên kết
Cường độ tính tốn chịu ép mặt fcb
(N/mm2) của BL
BL tinh BL thơ và thường
340 435 395
380 515 465
400 560 505
420 600 540
440 650 585
450 675 605
480 745 670
500 795 710
520 850 760
540 905 805
Khả năng chịu trượt của 1 bulông:
[N]cb = fhb Abn b1 (b2)min nf
• fhb : cường độ chịu kéo tính toán vật liệu bu lông,
fhb=0,7fub
• Abn : diện tích thực thân bu lông
• b1 : hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông
•  : hệ số ma sát
• b2 : hệ số độ tin cậy
• nf : số lượng mặt phẳng tính toán
2. Sự làm việc của lk bulông cường độ cao 
- Bulông chịu kéo khi ngoại lực
tác dụng có phương //
bulông:
[N]tb = Abn ftb
- Abn : diện tích thực của tiết
diện thân bu lông
- ftb : cường độ tính toán của
vật liệu bu lông khi chịu kéo
3. Sự làm việc của lk bulông khi chịu kéo 
III. CẤU TẠO LIÊN KẾT BULƠNG
1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulông
2. Bố trí bulông 
+ Liên kết đối đầu có bản ghép
+ Liên kết ghép
chồng
1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulông
Đối với Thép Tấm:
+ Liên kết đối đầu có 2 bản ghép hay 1 bản
ghép
+ Liên kết ghép
chồng
Đối xứng 
truyền lực Tốt
LỆCH 
TÂM
 số 
BL 
cần 
tăng 
10%
Số bulông phía 
bản đệm tăng 
10%
1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulông
Đối với Thép Hình – LK đối đầu:
+ Nối bằng các Bản Ghép
+ Nối bằng Thép
Góc
Thép 
hình 
cứng, 
độ lệch 
tâm ít 
ảnh 
hưởng 
KHÔNG 
CẦN 
TĂNG 
SỐ 
BULÔNG
1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulông
Đối với thép hình - Liên kết CHỒNG
+ Đối xứng: làm việc tốt hơn
+ Không đối xứng: cấu kiện mềm tăng 10% số
lượng BL
1. Các hình thức cấu tạo liên kết bulông
Quy ước:
+ Đường Đinh:
các BL trên 1
đường thẳng
+ DÃY ĐINH:
song song lực
+ HÀNG ĐINH:
vuông góc lực
+ BƯỚC ĐINH:
khoảng cách 2
BL
trên đường đinh
Bố trí song song Bố trí so le
Hàng đinh
2. Bố trí bulông
- Khoảng cách min nhằm:
+ Đảm bảo độ bền của bản thép
+ Đảm bảo không gian tối thiểu để vặn êcu
Đối với các liên kết chịu lực, nên bố trí theo kcách MIN để gọn, tiết kiệm
2. Bố trí bulông
- Khoảng cách max:
+ Đảm bảo độ ổn định của bản thép (đối với
cấu kiện chịu nén)
+ Đảm bảo độ chặt của liên kết, tránh không
cho nước, hơi, bụi bẩn lọt vào trong liên kết gây
ăn mòn thép.
2. Bố trí bulông
- Đối với thép Hình, vị trí các dãy bulông (a, a1, a2, n)
được quy định sẵn theo kích thước tương ứng của
từng loại thép hình
2. Bố trí bulông
IV. TÍNH TỐN LIÊN KẾT BULƠNG
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
2. Tính toán liên kết bulông chịu mômen và 
lực cắt
3. Ký hiệu bulông, đinh tán trên bản vẽ
Chọn đường kính BL và kích
thước các bản ghép:
- Trong cùng 1 cấu kiện, chỉ
nên dùng 1 loại đường kính
bulông
- Chọn bulông theo công trình:
+ Thông thường: d = 20 –
24mm
+ Nặng: d = 24 – 30 mm
- Chọn bản ghép sao cho:
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
Tính toán số lượng bulông:
a) Đối với bulông thô, thường và tinh (chịu CẮT và ÉP
MẶT) :
+ Số lượng bulông cần thiết được tính theo:
trong đó: [N]minb = min ([N]vb, [N]cb)
- [N]vb : cường độ chịu cắt của bu lông
- [N]cb : cường độ chịu ép mặt của bu lông
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
 
min cb
N
n
N 
+ Kiểm tra cấu kiện cơ bản bị giảm yếu do lỗ
bulông:
trong đó : An - diện tích tiết diện thực của bản
thép
bl - hệ số điều kiện làm việc, cho phép kể
sự làm việc dẻo của liên kết
* Đối với dầm đặc, cột và các bản nối : bl = 1,1
* Đối với kết cấu thanh của mái và sàn: bl =
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
bl c
n
N
f
A
  
+ Tính toán diện tích thực giảm yếu do lỗ bulông:
An = A – A1
trong đó : A1 = Max (A
1,5
1, A
1,2,3,4,5
1 – n s
2t/4u)
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
b) Đối với bulông chịu kéo
+ Số lượng bulông cần thiết được tính theo:
[N]tb : khả năng chịu kéo bu lông
+ Kiểm tra bền bản thép bị giảm yếu
do lỗ bulông
  ctb
N
n
N 
1. Tính liên kết bulông chịu lực dọc trục
DÃY
H
À
N
G
2. Tính liên kết bulông chịu mômen và lực 
cắt
- Giả thiết gần đúng:
trong đĩ: Ni – lực tác dụng lên dãy đinh thứ i
Li – cánh tay địn của các cặp ngẫu lực Ni
1 1 2 2 ... ...i i i iM N L N L N L N L 
- Các lực Ni có thể được tính qua N1 :
- Từ đó xác định được lực lớn nhất N1:
2. Tính liên kết bulông chịu mômen và lực 
cắt
max
1 max 2
i
ML
N N
L

1
i i
i
N L
N
L
 2 2 21 1 2
1
... ...i
N
M L L L
L
- Lực lớn nhất tác dụng lên 1 bulông do M gây ra:
2. Tính liên kết bulông chịu mômen và lực 
cắt
max
2blM
i
ML
N
m L

- Điều kiện bền:
[N]minb = min ([N]vb, [N]cb)
[N]minb = [N]b : BL cường độ cao
[N]vb = fvb b A nv
[N]cb = d (t)min fcb b
[N]b = fhb Abn b1 (b2)min nf
2. Tính liên kết bulông chịu mômen và lực 
cắt
 max2 min
1
blM cb
ML
N N
m L
 

- Liên kết bulông chịu Q:
trong đó: n – số lượng bulông trên một nửa liên kết
- Kiểm tra bền liên kết bulông chịu đồng thời cả M và
Q:
2. Tính liên kết bulông chịu mômen và lực 
cắt
blQ
Q
N
n
 2 2
minbl blM blQ cb
N N N N  
Trạng thái chịu lực Bulơng
Cắt [N]vb = fvb b A nv
Ép mặt [N]cb = d (t)min fcb b
Kéo [N]tb = Abn ftb
Khả năng chịu lực của 1 bulông
- fvb : cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu BL
- b : hệ số điều kiện làm việc liên kết BL
- A : diện tích tiết diện ngang thân BL – phần không bị
ren
- nv : số lượng mặt cắt tính toán của BL
- (t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép
cùng trượt về một phía
- fcb : cường độ ép mặt tính toán của BL
- d : đường kính thân bu lông
- Abn : diện tích thực của tiết diện thân BL
- f : cường độ tính toán của vật liệu BL khi chịu kéo
NM
Q
N
N
N
n
maxN MN N N 
2 2
maxQ MN N N 
Kéo (hoặc nén), uốn và cắt (N, M, Q)
Kéo (hoặc nén) lệch tâm (M và N)
Uốn và cắt (M và Q)
max
max 2M
i
ML
N
m L

Q
Q
N
n
n – số BL ở 1 phía LK
Nbl ≤ [N]blc
22
maxQ M NN N N N 
Ví dụ: Thiết kế đầu nối 2 mép bản thép cĩ tiết diện 260x14mm,
chịu lực kéo N=500kN, dùng BL thơ nhĩm 4.6, thép CCT34
Chọn BL thơ, đường kính d = 20mm, cĩ Abl = 3,14cm
2;
fvb=1500daN/cm
2; fu = 3400daN/cm
2
Chọn hai bản ghép, mỗi bản dày
Diện tích hai bản ghép:
Diện tích tiết diện thép cơ bản:
 bản ghép đủ bền
Khả năng chịu cắt của BL:
8bg mm 
22 2.26.0,8 41,6bgA cm 
2
2 2
26.1, 4 36,4
2 41,6 36,4bg
A cm
A cm A cm
  . . . 1500.0,9.3,14.2 8478vb b b vvbN f A n daN 
Xác định khả năng chịu ép mặt của BL:
Lấy n=6 bulong
Kiểm tra bền bản thép giảm yếu:
 Bản thép đủ bền
 
   
min
min
( ) . . 2.1, 4.3950.0,9 9954
8478
cb bcb
b vb
N d f daN
N N daN
   
 
min
50000
5,9
8478.1cb
N
n
N 
50000
1840,9 2100.1,1 2310
26 3.2,2 .1,4
b c
n
N
f daN daN
A
  
- Đinh tán : 1 đoạn thép
tròn, 1 đầu được tạo mũ
sẵn, đầu kia được tán
thành mũ khi đã lắp đinh
vào liên kết
LIÊN KẾT ĐINH TÁN