DẦM BẢN TỔ HỢP
1.2. Các loại mối hàn
Hai loại mối hàn chính được dùng trong kết cấu thép là mối hàn rãnh và mối hàn góc.
Các loại khác ít dùng hơn : hàn khe và hàn điểm.
/ . M ối hàn rãnh (còn gọi là mối hàn đôi đầu). Số lượng chiếm khoảng 15% lượng hàn kết cấu, mối hàn rãnh được dùng chủ yếu để nối các cấu kiện nằm trong cùng một m ặt phẳng (m ối nối đối đầu hình 7-4a). Khi mối hàn rãnh được dùng để truyền toàn bộ tải trọng từ cấu kiện được nối, nó phải có cùng bề dày với các cấu kiện. Mối hàn này gọi là hàn thấu suốt. Nếu mối hàn không phủ hết bề dày cấu kiện thì được gọi là thấu không suốt.
Phần lớn mối hàn rãnh yêu cầu phải gia công mép bản thép và sẽ được đặt tên theo hình m ép gia công, như vẽ ở hình 7-5. Việc chọn hình thức mối hàn rãnh thích hợp phụ thuộc vào phương pháp hàn được sử dụng, chi phí vát mép và chi phí hàn. Quy phạm AW S , AISC cho chi tiết các mối hàn rãnh nhằm đảm bảo cho kim loại hàn có thể đắp và chảy cùng với kim loại gốc và như vậy không cần thí nghiệm hay thẩm định gì thêm để chứng tỏ là chúng đã hợp cách. Mối hàn rãnh cũng có thể được dùng trong liên kết chữ T như ớ hình 7.4, b.
r z rVi
r 1
k i ị 4
U Z 1 c r
Hình 7-4. Các loại liên kết dùng moi hàn đôi dầu
Hình 7-5. Các loại mối hàn đối đầu 2. M ối hàn góc
Mối hàn góc tiết kiệm, dễ ch ế tạo nên được dùng rộng rãi n h ấ t : khoảng 80% kết cấu hàn. Mối hàn góc áp dụng nhiều trong m ối nối chồng, cũng như trong các trường hợp khác (hình 7-6). Các mặt của mối hàn tiếp xúc với cấu kiện gọi là cạnh mối hàn. Hai cạnh mối hàn thường bằng nhau. Chiều dài cạnh gọi là b ề dày mối hàn. Bề dày lớn nhất và nhỏ nhất được phép của mối hàn góc được quy định theo AWS . Khi bề dày m ép cấu kiện là 6,5 mm trở lên, bề dày tối đa của m ối hàn nhỏ hơn bề dày kim loại là 2 mm. Khi bề dày mép cấu kiện là dưới 6,5 mm, bề dày mối hàn có thể bằng bề dày kim loại (xem hình 7-7). Nhưng mối hàn góc quá nhỏ so với bề dày cấu kiện sẽ bất l ợ i : lượng nhiệt khi hàn mối nhỏ không đủ để truyền sâu vào kim loại dày ; sự tương phản giữa mối hàn nóng và vật liệu nguội có thể gây ứng suất kéo và làm nứt mối hàn. Đ ể tránh tình trạng này, Quy phạm quy định bề dày nhỏ nhất của m ối hàn tuỳ theo bề dày lớn nhất của cấu kiện được hàn, như cho trong bảng dưới đây :
Quy phạm AISC cũng giới hạn bề dài hữu hiệu nhỏ nhất của mối hàn để xét đến các chỗ lõm ở đầu và cuối mối hàn : bằng bốn lần bề dày danh nghĩa. Nếu điều này không thoả mãn, trong tính toán chí xét bề dày mối hàn lấy bằng một phần tư bề dài của nó.
Bề dày lớn nhất của kim loại cơ Bể dày tối thiểu của mối hàn góc
bản (mm) (mm)
6,4 3
12,7 5
19 6
Trên 19 8
r 1/16
Kim loai cơ bản dày dưới 1/4 in Kim loại Cữ bản dày 1/4 hay hcm
Hình 7-7. Bê' dày tối đa của mối hàn góc dọc theo mép 1.3. K í hiệu h àn
Trên bản vẽ, loại mối hàn, bề dày, bề dài \ à vị trí mối hàn cũng như các chỉ dẫn khác phải được thể hiện rõ ràng để thông tin cho nhà chế tạo. Dưới đây trình bày các cách kí hiệu mối hàn cũng như cách ghi vị trí các thông tin trên hình vẽ, theo quy định của AWS.
Mối hàn góc được vẽ bằng một hình tam giác và mối hàn rãnh được vẽ bằng một kí hiệu chỉ rõ loại rãnh (xem phẩn trên của hình 7-8). Kí hiệu m ối hàn được vẽ dọc một
đường chuẩn có mũi tên chỉ vào mối liên kết. Nếu kí hiệu đặt bên dưới đường chuẩn, có nghĩa là mối hàn được đắp vào phía mối liên kết m à mũi tên chỉ vào (gọi là phía mũi tôn).
Nếu kí hiệu đặt bên trên đường chuẩn, có nghĩa là mối hàn được đắp vào phía bên kia của mối liên kết (gọi là phía bén kia). Dọc theo đường chuẩn ghi lần lượt bề dày, loại mối hàn, bề dài và khoảng cách mối hàn. Bên trên hoặc bên dưới kí hiệu hàn ghi lần lượt: khoảng hở ở chân mối hàn, góc vát, bề mặt (phẳng hay vồng) và cách hoàn thiện. Đuôi của đường chuẩn là ghi các quy định kĩ thuật, phương pháp hàn và các thông tin khác (xem ví dự ớ hình 7-8). hình 7-9 cho một sô' ví dụ liên kết thông dụng và kí hiệu mối hàn; các liên kết này không yêu cầu có chỉ dần gì đặc biệt nên chỉ được thể hiện như ở hình vẽ.
^ II V u I /
Bù chân Góc Đối đấu: vuỏng Chữ V Chữ u Vát
Hình 7-8. Kí hiệu tiêu chuẩn của mối hàn và ví dụ thể hiện một mối liên kết
= L /
J =
d)
h)
b)
!_ 45°
" V-
e) 9)
V / • 1 7
r n /
Hình 7-9
1.4. C ư ờ n g độ m ôi h àn
1. D iện tích hữu hiệu của mối hàn
Cường độ cúa mối hàn được tính theo diện tích hữu hiệu của nó. Diện tích hữu hiệu của mối hàn rãnh hay hàn góc là tích số của bể dày làm việc !te nhân với chiều dài mối hàn. Bề dày làm việc (còn gọi là họng) là phần bề dày đưọc giả thiết là hữu hiệu để truyền lực.
M ối hàn rãnh (hình 7-10): họng te của mối hàn thấu suối là bể dày của cấu kiện m ỏng hơn được hàn nối. Với mối hàn rãnh không thấu suiốt thì họng là bằng hoặc nhỏ hơn bể sâu vát mép : rãnh vát lệch hay chữ V với góc mở ở chân mối hàn nhỏ hơn 60"
nhưng không nhỏ hơn 45", thì họng là bề sâu rãnh trừ đi i/8 in ; khi góc m ở là 60° hay hơn thì họng là bằng toàn bộ bề sâu vát mép.
Mối hàn ẹóc (hình 7-11) : họng te của mối hàn góc chính là khoảng cách ngắn nhất từ chăn đến mặt mối hàn. Khi cạnh mối hàn là bằng nhau và bằng a thì họng te là 0,707a.
N ẽu mối hàn góc là không đối xứng với cạnh không bằng nhau thì giá trị te phải tính theo hình dạng hinh học của tiết diện mối hàn. Nếu hàn gốc bằng phương pháp hồ quang chìm , thì do chất lượng cao hơn nên họng được lấy như sau :
- Mối hàn góc có cạnh bàng hoặc nhỏ hơn 3/8 in. (9,5 nam), họng te được lấy bằng bề dày, tức là cạnh a.
- Mối hàn góc có cạnh lớn hơn 3/8 in. (9,5 mm), họng te được lấy bằng kích thước họng lí thuyết cộng thêm 0,] 1 in. (2,8 mm), nghiã là 0,707a + Ơ,11.
t . = T,
T, <T2 3)
í
b)
te = D - 1 * (3.2mm) 45 < a < 60
a
t,*D
d; V ' t ì/ __ te 7 1 D V
/ y te
l i 1
T y
Không có khe
c) Vát hay V d) Vát hay V
Hình 7-10
H ình 7-11
2. Đó bén danh nghĩa cúa mối hàn
Mối hàn phái có kích thước tuỳ thuộc tái trọng truyén qua và phái làm bằng vậl liệu hàn phù hợp. Thép của que hàn cấn có cùng tính năng với thép cơ bản. Khi tính năng các vật liệu này là tương hợp với nhau, kim !oại hàn được gọi là phù hợp (xem bảng 7.1 vế vật liệu hàn phù hợp). Mối hàn rãnh truyền lực giông như trong cấu kiện được hàn. Mối hàn góc thì Iruyền lực bằng ứng suất cất qua diện tích hữu hiệu, bất kể phương hướng cúa mối hàn trong mối liên kết.
Mối h à n rãnh t h ấ u SUỐI bể d à y đ ư ợ c c o i !à c ó c ù n g đ ộ b ể n tại d i ệ n t í c h h ữ u h i ệ u
ngang với cấu kiện được liên kết. Độ bền danh nghĩa của mối hàn được tính theo sự cháy cúa kim loại cơ bán, như sau :
khi kéo và nén : Rnw = lleF N (7-1)
Trong đó I = chiếu dài môi hàn : te = họng hữu hiêu ; Fv = ứng suất cháy cúa kim loại cơ bản .
Lưu ý rằng (0,60Fy) ứng suất cháy khi cắt, được lấy gán đúng là 2/3 hay 0,6 cua ứng suất cháy pháp tuyến.
Độ bển Rnw cúa mổi hàn góc được tính trên giả thiết là phá hoại do cát trên diện lích hữu hiệu, bất kể ứng suất cắl được truyền song song hay vuông góc với trục cúa mỗi hàn. Giá trị của Rnu có thế được viết là:
khi cãt : R1)w = lụ 0 .6 0 F y) (7-2)
Rnvv = llc.(0,60FKXX) kim loại hàn Rnw = ltc(0,60Fu) kim loại cơ bản
(7-3) (7-4) 1.5. ứ n g su át chơ phép cúa môi hàn
Tống tải trong khi làm việc không được lớn hơn độ bển danh nghĩa chia cho hệ số an toàn:
Chia cá hai vế cúa phương [rình cho diện tích hữu hiệu, số hạng đầu cho ứng suất làm việc, sở hạng sau cho ứng suất cho phép F cúa mối hàn :
í = ~ í F = J %
It, ltrFS
ha> f = — < F (7-5)
K
ứng suất cho phép của mối hàn được cho irong báng J2.5'i cúa AISC/ASD, được dịch in dưới đây như sau :
Trích báng J 2.5 cùa AISC: ứng suâl cho phép 'CÚa mổi hàn
Loai mối hàn và ứng suất ưng suất cho phép Đ ộ bền hàn yêu cầu Mõi hùn rclỉìh Ị hâu suốt
Kéo vuông góc với diện tích
hữu hiệu Như kim loai cơ bản Plhảỉj dùng kim loại hàn phù
hợp Nén vuông góc với dièn tích
hữu hiệu
Kéo hay nén song song với trục mối hàn
Như kim loại cơ bán
Như kim loai cơ bán
Có M dùng kim loai hàn với ciườìĩig độ bằng hoặc thấp hơn kiim lơại hàn phù hợp
Cát trên diện tích hữu hiêu 0,3 X cường độ kéo danh nghía của kim loai hàn
■ ị Moi hàn rãnh kliôiiiỊ /Iicỉli suốt
! Nén vuông góc với diện (ích hữu hiệu
Như kim loại cơ bản
Có thế d ù n g kim loại hàn với c ư ờ n g đ ộ b à n g h oặ c thấp hơn kiim lo ại hàn phù hợp
Kéo hay nén song song với trục m ò i hàn
Như kim loại cơ bản Cắi song song với truc mối
hàn
0.3 X cường độ kéo danh nghía của kim loại hàn
Kéo vuông góc với diện tích hữu hiéu
1
0.3 * cườ ng độ k é o danh nghừa cua kim loại hàn. ngoài ra ứng suáì kéo trên kim loai c ơ bán khòng được quá 0,6 X ưng suất cha) của kim loại cơ ban M o i h ù n g ó c
Cát trên d iê n tích hữu hiệu
i 0,3 X cường dô k é o danh nghĩa
cua kim loại hàn
Có th ể dùng kim loại hàn với ciườmg đ ộ b ằ n g h oặc thấp hơn Kéo hav nén song song với
trục mối hàn
Như kim loai cơ bản knm lo ai hàn phù hợp
Chọn bề dày của bản thcp A572 cấp 50 và que hàn phù hợp cho m ối nối hàn rãnh chữ V trong hình vẽ sau .
Thí dụ 7-1.
T = 300 kN T = 30Q kN
ứng suất cho phép trong bản thép : Fj = 0,6 Fy = 30 ksi hay 20,68 kN /cm : Tiết diện hữu hiệu : Ac = tl.
ứng suất làm việc : f = — < F,tT
Do đó bề dày cần t h i ế t : t = —- = ---—— = 0,97 cm. Dùng 10 mm300 1F, 15x20,68
Theo bản g 7 -l. chọn dùng que hàn E70XX. Theo sách Chỉ dẫn của AISC , chọn dùng môi hàn đã được thẩm định rãnh chữ V mang kí hiệu B-U2a (B = butt joint, mối nối đối đầu ; u = unlim ited __p thickness bề dày bản không hạn chế).
Mối hàn này cần tấm lót phía dưới. Chi tiết và kí hiệu hàn được cho trên hình vẽ:
m .
1 / ' 6 030
- 4 — " W
Thí dụ 7-2
Xác định bề dày và chiều dài của mối hàn góc của liên kết chồng, dùng phương pháp hàn hồ quang chìm (SAW). Thép A36 .
12 180
F7X-
16x180
400kN
L
' .... ^ ■■
1 \ 400kN 1
íị
---1---
\ \ Tấm 16 1---
7
Bề dày giới hạn của mối hàn : amm = 6 mm
amax = 16 - 2 = 14 mm
Dùng 12 mm. Vì bề dày danh nghĩa là lớn hơn 3/8 in. hay 9,5 mm , bể dày làm việc (họng) là bàng họng lí thuyết cộng với 0,11 in hay 3 mm :
Theo bảng 7-1, dùng cặp thuốc và dâv liàn F6X-EXXX. ú n g suất cho phép F= 0,3 X 6 0 = 18 ksi = 12.4 kN /cm 2.
Tổng chiều dài yêu cầu : L = — — = 28 cm ; dùng m ỗi bên 14 cm.
1,15x12,4
Kiểm tra khả nãng chịu cất của bản mã dợc mối hàn. ư ng suất cắt cho phép Fv = 0,4F y = 0,4 X 36 = 14,4 ksi = 9,93 kN/cm2.
ứng suất cắt dọc mối hàn :
4 0 0 7
= ---- w _ 8 93 kN /cm 2 < p đ 2 x 1 , 6 x 1 4