Tài liệu Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn chịu uốn cắt, kéo uốn sử dụng mặt bích và bu lông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH VĂN THAO NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN CHỊU UỐN-CẮT, KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH VĂN THAO NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN CHỊU UỐN-CẮT, KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ANH TUẤN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, cùng với sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, của Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp cùng quý thầy cô và với sự quyết tâm của bản thân, đến nay, tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình. Với lòng biết ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu, thực hiện hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Anh Tuấn đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ. Do thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô đóng góp ý kiến để luận văn của tôi hoàn chỉnh hơn và khả năng đưa vào sử dụng thực tế hiệu quả hơn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc. Kính chúc Nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đạt được nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đến. Đà Nẵng, ngày 19 tháng 05 năm 2019 Tác giả luận văn Trịnh Văn Thao LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trịnh Văn Thao MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài: ................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ......................................................................... 3 4. Phương pháp nghiên cứu: ....................................................................................... 3 5. Bố cục đề tài ........................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG THÉP TRÒN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................. 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI LIÊN KẾT ỐNG THÉP TRÒN ........................... 5 1.1.1. Sơ lược về kết cấu sử dụng ống thép tròn ........................................................ 5 1.1.2. Sơ lược về mối nối liên kết ống thép tròn ........................................................ 6 1.1.2.1.Trên thế giới ................................................................................................... 6 1.1.2.2.Tại Việt Nam ................................................................................................ 12 1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MỐI NỐI ................................................ 13 1.2.1. Sự làm việc của liên kết bulông và khả năng chịu lực của bulông ................ 13 1.2.1.1.Sự làm việc của liên kết bulông ................................................................... 13 1.2.1.2.Khả năng làm việc chịu ép mặt của thân bulông .......................................... 14 1.2.1.3.Sự làm việc chịu trượt .................................................................................. 15 1.2.1.4.Sự làm việc chịu kéo .................................................................................... 16 1.2.2. Một số mô hình phá hủy ................................................................................. 17 1.2.2.1.Mô hình phá hủy do Petersen đề xuất .......................................................... 17 1.2.2.2.Mô hình của Seidel ....................................................................................... 19 1.2.2.3.Nghiên cứu của Schmidt-Neuper ................................................................. 19 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................. 22 CHƯƠNG 2 : TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ĐƯA RA ĐÁNH GIÁ CHO TRƯỜNG HỢP TỔNG QUÁT ............................... 23 2.1. CÁC THÔNG SỐ CHUNG SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH ([5], [6], [7]) ... 23 2.1.1.Đặc trưng vật liệu sử dụng .............................................................................. 23 2.1.2.Phương pháp phân tích mô hình ...................................................................... 24 2.1.2.1.Lắp ráp ....................................................................................................... 24 2.1.2.2.Điều kiện biên ............................................................................................... 24 2.1.2.3.Ứng lực trước cho bulông: Phân tích trong 2 giai đoạn ............................... 24 2.1.2.4.Hệ số ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc.......................................................... 25 2.2. MÔ PHỎNG PHẦN TỬ DẠNG L ĐỂ KIỂM CHỨNG................................. 25 2.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT .......................................................... 27 2.3.1.Mô phỏng mối nối chịu uốn - cắt đồng thời ([5])............................................ 27 2.3.1.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 114.3x3.5 ................................................... 27 2.3.1.2.Trường hợp mô phỏng ống trung 267.4x6.0 ................................................ 29 2.3.1.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 406.4x12.7 ................................................. 31 2.3.2.Mô phỏng mối nối chịu kéo – uốn đồng thời ([6]) .......................................... 34 2.3.2.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 139.8x4 ...................................................... 34 2.3.2.2.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 267.4x6 ...................................................... 35 2.3.2.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 406.4x9.5.................................................... 36 2.3.3.Mô phỏng mối nối chịu kéo – xoắn đồng thời ([7]) ........................................ 37 2.3.3.1.Trường hợp mô phỏng ống nhỏ 165.2x4 ...................................................... 37 2.3.3.2.Trường hợp mô phỏng ống trung 267.4x6.0 ................................................ 38 2.3.3.3.Trường hợp mô phỏng ống lớn 355.6x9.5.................................................... 39 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................ 40 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐỐI CHIẾU ................................ 42 3.1. CHẾ TẠO MẪU, THIẾT BỊ VÀ THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM....................... 42 3.1.1.Thiết kế mẫu thí nghiệm .................................................................................. 42 3.1.2.Chế tạo mẫu thí nghiệm ................................................................................... 44 3.1.3.Thiết bị thí nghiệm .......................................................................................... 47 3.1.3.1.Strain gauges: ............................................................................................... 47 3.1.3.2.Cảm biến đo chuyển vị LVDT ..................................................................... 47 3.1.3.3.Máy bơm dầu ................................................................................................ 48 3.1.3.4.Kích thủy lực ................................................................................................ 48 3.1.3.5.Load cell ....................................................................................................... 49 3.1.3.6.Thước kẹp diện tử:........................................................................................ 49 3.1.4.Thiết lập, bố trí thí nghiệm .............................................................................. 49 3.1.4.1.Sơ đồ bố trí Strain gauges và Cảm biến đo chuyển vị LVDT ..................... 49 3.1.4.2.Tính toán lực siết bu lông ............................................................................. 51 3.1.4.3.Thiết lập thí nghiệm...................................................................................... 52 3.2. MÔ TẢ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐO ............. 58 3.2.1.Mô tả kết quả thí nghiệm ................................................................................. 58 3.2.2.Thí nghiệm nén trượt ren bu lông .................................................................... 63 3.2.3.Đánh giá kết quả đo ......................................................................................... 63 3.2.3.1.Đánh giá về mặt định tính ............................................................................ 63 3.2.3.2.Đánh giá về mặt định lượng ......................................................................... 63 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................ 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 78 TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN CHỊU UỐN-CẮT, KÉO-UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG Học viên: Trịnh Văn Thao Mã số: 8580201 Khóa: 34 Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Trường Đại học Bách Khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Với nhiều ưu điểm vượt trội nên hiện nay, kết cấu sử dụng ống thép tròn rỗng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại công trình. Một trong những liên kết trong kết cấu ống thép tròn rỗng được sử dụng phổ biến hiện nay là liên kết sử dụng mặt bích và bulông. Việc nghiên cứu về sự làm việc đồng thời của bu lông, mặt bích và ống thép chưa được đề cập nhiều trong các thiết kế. Do đó trong thực tế đã xảy ra những sự cố phá hoại tại liên kết này, nhiều nguyên nhân là do chưa xét tác dụng đồng thời của tải trọng mà chỉ xét các yếu tố tác dụng đơn thuần. Nghiên cứu đã đưa ra những quy luật ứng xử của liên kết nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bulông trong trường hợp chịu uốn cắt đồng thời, từ đó đề xuất các thông số hợp lý của liên kết (mối quan hệ giữa chiều dày bản mã, đường kính bulông và chiều dày ống thép) Từ khóa - ống thép tròn;Mặt bích; bulông cường độ cao; chịu uốn cắt đồng thời; chịu kéo uốn đồng thời, chịu kéo xoắn đồng thời. STUDYING EXPERIMENTAL WORKING OF THE TUBULAR STEEL JOINTS USING FLANGES AND BOLTS IN THE CASE OF: CONCURRENT SHEAR FORCE AND BENDING; CONCURRENT TENSION AND BENDING Abstract – With many advantages, nowadays, the structure using tubular steel structure is more and more widely used in all kinds of construction. Joints using flanges and bolts is used most popular in tubular structure. Survey of work at the time of Bolts, Flange and steel pipe have not been mentioned much. so that in fact did happen the destructive incidents in this connect, many causes is not considering the effect pf the load at the same time that just the simple effects element. The study outlines the behavioral rules for joints of tubular structure using flanges and bolts in the case of concurrent shear force and bending, thereby proposing the rational parameters of the joint (the relationship between the thickness of the flange, the diameter of the bolt and thickness of steel tubes). Key words – tubular steel; flanges; high strength bolt; concurrent shear force and bending; concurrent tension and bending; concurrent tension and twisting. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ae Diện tích tiết diện hiệu quả của mặt bích Cb Hệ số lò so kéo của bulông Cc Hệ số lò so nén của mặt bích Cf Hệ số lò so nén của mặt bích Cw Hệ số lò so nén của vòng đệm DA Bước ren của bulông dh Đường kính lỗ bulông ds Đường kính thân bulông dw Đường kính bề mặt chịu lực ép dwi Đường kính trong của vòng đệm dwo Đường kính ngoài của vòng đệm E Modun đàn hồi của thép e Khoảng cách từ đầu mặt bích đến tâm bulông FP Lực dọc cho phép trong bulông Fyf Giới hạn chảy của vật liệu làm bản cột chia cho 1,1 Fys Giới hạn chảy của vật liệu bản dầm chia cho 1,1 G Khoảng cách từ tâm bulông đến tâm mặt bích Md Độ bền kéo của lỗ bulông trên 1 đơn vị độ rộng, Md  (tF2 .Fyf ) / 4 Ms Độ bền kéo của bản thép trên 1 đơn vị độ rộng, Ms  (ts2 .Fys ) / 4 No Lực kéo thiết kế của bulông p Tỷ số giữa nội lực và ngoại lực Tf Lực kéo ngắn hạn cho phép Tf2 Lực kéo cho phép theo mô hình phá hủy 2 của Petersen Tf3 Lực kéo cho phép theo mô hình phá hủy 3 của Petersen Tp Lực dọc trong bulông Ts Lực kéo tác dụng vào cấu kiện Tv Lực kéo ban đầu trong bulông tp Độ dày của thành ống thép ts Độ dày của cánh dầm tF Độ dày của mặt bích tw Độ dày của vòng đệm ws Độ rộng bản thép  Hệ số cân bằng y Giới hạn đàn hồi của bulông BL Bulông O-THEP Ống thép MB Mặt bích OLON Ống thép tròn lớn có đường kính ống D=406,4mm, gọi là tắt ống lớn ONHO Ống thép tròn nhỏ có đường kính ống D=114,3mm, gọi là tắt ống nhỏ OTRUNG Ống thép tròn trung có đường kính ống D=267,4mm, gọi là tắt ống trung CHS Circle hollow sections HSS Hollow steel sections RHS Rectangular hollow sections DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Hệ số điều kiện làm việc b 14 1.2 Hệ số ma sát μ và hệ số độ tin cậy b2 16 2.1 Đặc trưng vật liệu 24 2.2 Đặc trưng hình dạng của bu lông 26 2.3 Hằng số đàn hồi và TSI, TSII 27 2.4 Bảng kích thước các mẫu ống mô phỏng uốn – cắt 27 2.5 Bảng kích thước các mẫu ống mô phỏng kéo – uốn 34 2.6 Bảng kích thước các mẫu ống mô phỏng kéo – xoắn 37 2.7 Tổng hợp kết quả nghiên cứu lý thuyết 41 3.1 Bảng tra mô men siết 52 3.2 Chuyển vị của cột tại độ cao 1.55m ứng với các cấp tải trọng 58 3.3 Khoảng hở của mặt bích tại vị trí bu lông ứng với các cấp tải trọng 62 3.4 Ứng suất trông ống thép và bu lông ứng với các cấp tải trọng 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình Trang 0.1. Tháp truyền tải điện cao 380m tại Trung Quốc 1 0.2. Một số hình ảnh mối nối ống thép tròn bằng mặt bích 1 0.3. Một số hình ảnh công trình bị phá hoại tại mặt bích 2 1.1. Các mối nối sử dụng trong công trình dân dụng và công nghiệp 5 1.2. Các mối nối sử dụng trong tháp truyền hình, tháp truyền tải điện... 6 1.3. Các dạng mối nối HSS trích từ [8, trang 100] 7 1.4. Các dạng phá hủymối nối CHS trích từ [8, trang 104] 8 1.5. Các dạng phá hủymối nối của RHS trích từ [8, trang 106] 9 1.6. Các dạng phá hủy mối nối giữa CHS với thép hình chữ I/H trích từ [8, trang 108] 10 1.7. Các mối nối giữa tấm thép với CHS trích [9, trang 142] 11 1.8. Các mối nối giữa CHS-CHS trong liên kết dàn trích [9, trang 148] 11 1.9. Các mối nối giữa RHS-RHS trong liên kết dàn trích [9, trang 150] 11 1.10. Các mối nối giữa CHS-CHS trong liên kết chịu moment trích [9, trang 155] 12 1.11. Các mối nối giữa RHS-RHS trong liên kết chịu moment trích [9, trang 157] 12 1.12. Sơ đồ làm việc của liên kết bulông 13 1.13. Sự làm việc của bulông trong hệ kết cấu chịu lực trượt ma sát 15 1.14. Sự làm việc chịu kéo của bulông 17 1.15. Ba mô hình phá hủy của Petersen trong liên kết T-stub 17 1.16. Quan hệ phi tuyến giữa ngoại lực và lực dọc trong bulông 19 1.17. Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và lực dọc trong bulông do Schmidt – Neuper đề xuất 19 1.18. Mô hình T-stub 21 2.1. Đặc trưng của bulông, mặt bích và ống thép 24 2.2. Mô hình bulông và bản thép trong Abaqus 25 2.3. Mô hình phần tử dạng chữ L trước và sau khi phân tích 25 2.4. Quan hệ giữa lực dọc Tp trong bulông và lực kéo Ts trong phần tử dạng chữ L 26 2.5. Mô hình ống thép 27 2.6. ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=20mm, ds= 20mm (tF/ds =1,00) 28 2.7. ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 20mm (tF/ds =1,10) 28 2.8. ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 20mm (tF/ds =1,25) 28 2.9. ONHO-TH uốn và cắt đồng thời với tF=28mm,ds= 20mm (tF/ds =1,40) 28 2.10. ONHO-Trường hợp uốn cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 20mm, tp= 8mm (tF/ds =1,40; tp/ds =0,40) 29 2.11. ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 10mm (tF/ds =1,40;tp/ds =0,50) 29 2.12. ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 12mm (tF/ds =1,40;tp/ds =0,60) 29 2.13. ONHO-Trường hợp uốn và cắt đồng thời với tp= 14mm (tF/ds =1,40;tp/ds =0,70) 29 2.14. OTRUNG-TH uốn và cắt đồng thời với tF=22mm, ds= 22mm (tF/ds =1,0) 30 2.15. OTRUNG-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 22mm (tF/ds=1,14) 30 2.16. OTRUNG-TH uốn& cắt đồng thời với tF=28mm, ds= 22mm (tF/ds =1,27) 30 2.17. OTRUNG-TH uốn& cắt đồng thời với tF=30mm, ds= 22mm (tF/ds=1,36) 30 2.18. OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 22mm, tp= 10mm (tF/ds =1,14; tp/ds =0,45) 31 2.19. OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 12mm (tF/ds =1,14; tp/ds =0,55) 31 2.20. OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 15mm (tF/ds =1,14; tp/ds =0,68) 31 2.21. OTRUNG-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 18mm (tF/ds =1,14; tp/ds =0,82) 31 2.22. OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=25mm, ds= 24mm (tF/ds =1,04) 32 2.23. OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=28mm,ds= 24mm (tF/ds=1,17) 32 2.24. OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=30mm, ds= 24mm (tF/ds =1,25) 32 2.25. OLON-TH uốn và cắt đồng thời với tF=34mm, ds= 24mm (tF/ds =1,42) 32 2.26. OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tF=28mm, ds= 24mm, tp= 18mm (tF/ds =1,17; tp/ds =0,75) 33 2.27. OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 20mm (tF/ds =1,17; tp/ds =0,83) 33 2.28. OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 22mm (tF/ds =1,17; tp/ds =0,92) 33 2.29. OLON-TH uốn & cắt đồng thời với tp= 25mm (tF/ds =1,17; tp/ds =1,04) 33 2.30. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulông khi mối nối ống nhỏ chịu kéo - uốn đồng thời 34 2.31. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối ống nhỏ chịu kéo - uốn đồng thời 35 2.32. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulông khi mối nối ống trung chịu kéo 35 2.33. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối ống trung chịu kéo - uốn đồng thời 36 2.34. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong mặt bích và bulông khi mối nối ống lớn chịu kéo 36 2.35. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép và bulông khi mối nối ống lớn chịu kéo - uốn đồng thời 37 2.36. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép , mặt bích và bulông khi mối nối ống nhỏ chịu kéo – xoắn đồng thời 38 2.37. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép , mặt bích và bulông khi mối nối ống trung chịu kéo–xoắn đồng thời 39 2.38. Biểu đồ quan hệ ứng suất trong ống thép, mặt bích và bulông khi mối nối ống lớn chịu kéo – xoắn đồng thời 40 3.1. Sơ đồ mẫu thí nghiệm 43 3.2. Sơ đồ các mặt cắt 43 3.3. Sơ đồ cấu tạo các chi tiết 44 3.4. Kiểm tra chi tiết ống thép và loại que hàn được sử dụng 45 3.5. Kiểm tra chi tiết mặt bích 1&2 và bu lông 10.9 M20 45 3.6. Kiểm tra chi tiết mặt bích 3&4 46 3.7. Mẫu thí nghiệm sau khi chế tạo và được gắn tạm lên cột 46 3.8. Cảm biến đo biến dạng (strain gauges) 47 3.9. Cảm biến đo chuyển vị LVDT 47 3.10. Máy bơm dầu dùng cho thí nghiệm 48 3.11. Kích thủy lực 250 (tấn) 48 3.12. Load cell 49 3.13. Thước kẹp điện tử 49 3.14. Sơ đồ bố trí Strain gauges và Cảm biến đo chuyển vị LVDT trên mặt bích và ống thép 50 3.15. Sơ đồ bố trí Strain gauges trên mặt bích 1 51 3.16. Mẫu thí nghiệm sau khi được lắp lên cột và siết bu lông 53 3.17. Dựng hệ dàn lắp cảm biến đo chuyển vị LVDT và lắp các thiết bị 54 3.18. Vị trí các cảm biến đo chuyển vị LVDT 54 3.19. Vị trí các strain gauges phía trên ống thép (ST1, ST2) 55 3.20. Vị trí các strain gauges phía dưới ống thép (SD1, SD2) 55 3.21. Vị trí các strain gauges trên mặt bích (S1T, S2) 56 3.22. Vị trí các strain gauges trên mặt bích (S1P,SN, S3) 56 3.23. Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị của cột 57 3.24. Nối thiết bị, thiết lập đồng hồ đo lực, chuyển vị, biến dạng 57 3.25. Bố trí thí nghiệm 58 3.26. Chuyển vị của mẫu ở cấp tải 120kN 59 3.27. Mẫu bi phá hoại do trượt ren ở bu lông phía dưới ở cấp tải 136.3kN 60 3.28. Phá hoại trượt ren ở bu lông phía dưới 61 3.29. Biến dạng ở ống thép số 2 làm mặt bích bị nghiêng 61 3.30. Kiểm tra khoảng hở giữa 2 mặt bích tại các vị trí bu lông 62 3.31. Thí nghiệm nén trượt ren bu lông 63 3.32. Các mặt cắt để xác định ứng suất trên ống thép 64 3.33. Mặt cắt tiết diện ngang ống thép 64 3.34. vị trí các bu lông trên mặt bích 65 3.35. Giả định sự làm việc của các bu lông 66 3.36. Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng của mẫu thí nghiệm tại LH1 69 3.37. Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng của mẫu thí nghiệm tại LH2 69 3.38. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại ST1 70 3.39. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại SD1 70 3.40. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên ống thép tại ST2 71 3.41. Đồ thị tải trọng – Biến dạng tại trên ống thép SD2 71 3.42. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại S1P 72 3.43. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại SN 72 3.44. Đồ thị tải trọng – Biến dạng trên mặt bích tại S4 73 3.45. Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí khảo sát trên ống thép 73 3.46. Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí khảo sát trên mặt bích 74 3.47. Đồ thị tải trọng – ứng suất tại các vị trí trên mặt bích, ống thép, bu lông 74 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Trong thực tiễn xây dựng hiện nay, ống thép tròn được sử dụng phổ biến cho nhiều loại kết cấu khác nhau như làm thanh biên của tháp truyền hình, tháp truyền tải điện, cần trục tháp, … Hình 0.1. Tháp truyền tải điện cao 380m tại Trung Quốc (Nguồn internet) Để tạo ra những khẩu độ lớn đáp ứng từng yêu cầu thì các ống thép này được nối lại với nhau. Có nhiều loại mối nối có thể được sử dụng như mối nối hàn, sử dụng mặt bích ren, nối bằng mặt bích sử dụng bu lông cường độ cao…. Hình 0.2. Một số hình ảnh mối nối ống thép tròn bằng mặt bích (Nguồn internet) 2 Tuy nhiên trên thực tế, có nhiều sự cố tai nạn liên quan đến công trình thép sử dụng thép ống liên kết mặt bích. Nguyên nhân là do chưa xét tác dụng đồng thời của nhiều yếu tố ngoại lực mà chỉ xét các yếu tố tác dụng đơn thuần và sự tính toán chưa thấu đáo các liên kết này… Hình 0.3. Một số hình ảnh công trình bị phá hoại tại mặt bích (Nguồn internet) Ứng xử của liên kết này khá phức tạp, đặc biệt là khi chịu các loại tải trọng phức hợp, thiên tai (động đất, gió bảo)…Tại vị trí mối nối đồng thời xuất hiện nhiều thành phần nội lực: Kéo (nén), mô men uốn, mô men xoắn, lực cắt. Trước luận văn này, đã có một số tác giả nghiên cứu lý thuyết, đề ra phương pháp tính toán tại vị trí mối nối này khi chịu tác dụng đồng thời của nhiều thành phần nội lực: - Nguyễn Trọng Vinh, Mô phỏng ứng xử của liên kết nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bulông chịu uốn và cắt đồng thời, có xét đến sự làm việc phi tuyến của vật liệu, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. - Phan Công Bàn, Nghiên cứu sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bu lông chịu kéo (nén) uốn đồng thời, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. - Trịnh Hồng Vi, Khảo sát sự làm việc chịu xoắn hoặc kéo xoắn đồng thời của liên kết nối ống thép tròn dùng mặt bích và bu lông, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Nhưng nó là nhiều nghiên cứu rời rạc và chưa có sự tổng hợp lại các kết quả nghiên cứu đó để đưa ra đánh giá cho trường hợp tổng quát ( chịu lực phức tạp). Thêm vào đó vẫn chưa có những thí nghiệm để kiểm chứng lại các kết quả lý thuyết mà các tác giả đưa ra. Đây là lý do để thực hiện luận văn với đề tài: 3 “NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT NỐI ỐNG THÉP TRÒN CHỊU UỐN - CẮT, KÉO – UỐN SỬ DỤNG MẶT BÍCH VÀ BU LÔNG ” 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu tổng quan về liên kết nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bu lông chịu lực phức tạp. - Thực nghiệm kiểm chứng sự làm việc của liên kết nối ống thép tròn sử dụng mặt bích và bu lông chịu uốn - cắt; - Từ những kết quả phân tích thí nghiệm, kiểm chứng lại kết quả phân tích lý thuyết, từ đó đưa ra các kiến nghị. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Mối nối liên kết ống cở nhỏ (113.4mm) sử dụng mặt bích và bu lông cường độ cao - Phạm vi nghiên cứu: Phân tích thực nghiệm sự làm việc của mối nối ống tròn liên kết bằng mặt bích và bu lông trong các thanh biên chịu lực chính trong kết cấu giàn của tháp thép trong trường hợp chịu tác dụng đồng thời của các lực: uốn - cắt. 4. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng lại kết quả nghiên cứu lý thuyết đã có. Chia việc nghiên cứu này làm 4 bước: Bước 1: Tổng hợp các kết quả của đề tài nghiên cứu lý thuyết đã có và đưa ra đánh giá cho trường hợp tổng quát; Bước 2: Chế tạo mẫu thí nghiệm theo kích thước tối ưu theo mô hình lý thuyết; Bước 3: Tiến hành thí nghiệm theo trường hợp chịu tác dụng đồng thời của các lực: uốn - cắt, Bước 4: Phân tích các kết quả thí nghiệm, kiểm chứng với kết quả lý thuyết để từ đó rút ra kết luận. 5. Bố cục đề tài Mở đầu: 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục tiêu đề tài 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Phương pháp nghiên cứu Chương 1: Tổng quan về mối nối liên kết ống thép tròn và cơ sở lý thuyết 4 1.1. Tổng quan về mối nối liên kết ống thép tròn 1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán mối nối Chương 2: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu lý thuyết và đưa ra đánh giá cho trường hợp tổng quát 2.1. Các thông số chung 2.2. Mô phỏng phần tử dạng L để kiểm chứng 2.3. Kết quả phân tích lý thuyết 2.4. Kết luận chương 2 Chương 3: Thực nghiệm và so sánh đối chiếu 3.1. Chế tạo mẫu, thiết bị và thiết lập thí nghiệm 3.2. Mô tả kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả đo 3.3. Kết luận chương 3 Kết luận và kiến nghị