Thiết kế liên kết kết cấu thép (EN 1993-1-8)

Tổng quan cách thiết kế liên kết kết cấu thép theo Eurocode 3 (EN 1993-1-8): khác biệt giữa liên kết khớp, liên kết chịu mô men và liên kết nửa cứng, các loại liên kết bu lông và hàn chính (bản mã, mặt bích, bản đế, ống thép và giằng), cùng triết lý thiết kế kiểm tra mọi dạng phá hoại ở bu lông, bản thép, cấu kiện và đường hàn. Mỗi loại liên kết có tool 3D tương tác riêng.

Chạy phương pháp này trong công cụ miễn phí và xuất kết quả ra Excel (.xlsx) hoặc PDF.

Liên kết thép truyền lực giữa các cấu kiện - dầm, cột, giằng - thông qua bu lông, đường hàn và bản thép. Eurocode 3 (EN 1993-1-8) quy định việc thiết kế chúng và yêu cầu kiểm tra mọi dạng phá hoại có thể xảy ra, vì một liên kết chỉ mạnh bằng đường truyền lực yếu nhất của nó. Trang này là tổng quan các loại liên kết mà các tool này bao quát, sự khác biệt giữa chúng và cách chọn lựa; mỗi loại có tool 3D tương tác riêng chạy đầy đủ bộ kiểm tra EN 1993-1-8 / SCI P358.

Ba đường truyền lực: bu lông, đường hàn và bản thép

Dù hình dạng nào, một liên kết dẫn lực qua ba loại bộ phận, mỗi loại có họ dạng phá hoại riêng:

• Bu lông chịu cắt ($F_{v,Rd} = \alpha_v f_{ub} A_s/\gamma_{M2}$ trên mỗi mặt cắt), ép mặt vào bản thép nó tì vào ($F_{b,Rd} = k_1\alpha_b f_u d t/\gamma_{M2}$), kéo($F_{t,Rd} = 0.9 f_{ub} A_s/\gamma_{M2}$), hoặc một tổ hợp. Một nhóm bu lông chịu tải lệch tâm chia lực không đều, nên được kiểm tra bằng phương pháp đàn hồi (cực) - chứ không phải chia tải cho số bu lông.
• Đường hàn (thường là hàn góc) được kiểm tra trên chiều cao tính toán$\,a = 0.707\,s$ bằng phương pháp định hướng §4.5.3 - hợp của ứng suất pháp và ứng suất cắt so với $f_u/(\beta_w\gamma_{M2})$.
• Bản thép và cấu kiện được nối được kiểm tra cho cắt tiết diện nguyên và thực, uốn, cắt khối (một khối bản thép xé bật quanh nhóm bu lông) và, với bản mảnh, mất ổn định.

Khả năng của liên kết là giá trị nhỏ nhất trong số này, và hiếm khi là dạng bạn dự đoán - đó là lý do mỗi tool kiểm tra mọi đường truyền và báo cáo dạng quyết định.

Liên kết khớp và liên kết chịu mô men (phân loại)

EN 1993-1-8 §5.2 phân loại liên kết theo hai cách. Theo độ cứng: khớp danh nghĩa, cứng hoặc nửa cứng; theo cường độ: khớp danh nghĩa, chịu lực toàn phần hoặc một phần. Liên kết khớp - bản mã hoặc mặt bích mềm - chỉ truyền lực cắt và mô men danh nghĩa nhỏ, nên dầm được thiết kế như dầm đơn giản. Liên kết chịu mô men- mặt bích kéo dài, vút hàn - truyền lực cắt cộng mô men thiết kế, làm khung liên tục và giảm mô men giữa nhịp. Chi tiết bạn vẽ phải phù hợp với loại liên kết mà phân tích tổng thể đã giả thiết: một liên kết mô hình hóa là khớp nhưng thực tế cứng sẽ hút mô men nó chưa được thiết kế cho, còn một liên kết mô hình hóa là cứng nhưng quá mềm sẽ để khung dịch chuyển.

Các loại liên kết

• Bản mã (shear tab) - bản thép hàn vào cấu kiện đỡ và bắt bu lông vào bản bụng dầm. Liên kết chịu cắt rẻ và phổ biến nhất; độ lệch tâm giữa hàng bu lông và đường hàn chi phối các kiểm tra nhóm bu lông và mối hàn.
• Mặt bích - bản thép hàn vào đầu dầm và bắt bu lông vào cấu kiện đỡ. Bản một phần chiều cao là liên kết chịu cắt mềm; bản toàn chiều cao hoặc kéo dàivới bu lông gom ở cánh trở thành liên kết chịu mô men, thiết kế theo lý thuyết T-stub(§6.2.4).
• Liên kết ống thép - dầm hoặc giằng hở vào cột ống CHS / RHS, nơi tải lan vào mặt thanh chính tương đối mềm. Chảy dẻo mặt thanh chính, xuyên thủng và phá hoại vách bên quyết định, theo quy định CIDECT / §7 chứ không phải kiểm tra bản thông thường.
• Giằng / bản mã giằng - bản mã truyền lực dọc trục của giằng, kiểm tra trên bề rộng hiệu dụng Whitmore cho kéo và mất ổn định, cùng đường hàn và cắt khối.
• Mối nối dầm & cột - bản phủ nối hai đoạn của cùng một cấu kiện. Mối nối tì truyền nén qua tiếp xúc trực tiếp; mối nối không tì truyền toàn bộ qua bản phủ và bu lông.
• Bản đế - cột hàn vào bản thép được giữ bằng bu lông neo chôn trong bê tông; bản đế phân bố ép mặt trên diện tích hiệu quả và bu lông neo chịu kéo, cắt theo EN 1992-4.

Triết lý thiết kế

Dù là loại nào, phương pháp đều như nhau: xác định mọi đường truyền lực - bu lông, đường hàn, bản thép và cấu kiện được nối - rồi kiểm tra mỗi khả năng thiết kế ít nhất bằng tác dụng thiết kế,$\,E_d \le R_d$. Vì dạng quyết định hiếm khi rõ ràng từ đầu, một tool tính liên kết kiểm tra tất cả cùng lúc và báo cáo mức dự trữ thấp nhất, nên bạn định cỡ chi tiết theo mắt xích yếu nhất thực sự chứ không phải theo kiểm tra mà bạn tình cờ nhớ. Chọn một loại liên kết ở trên để mở tool và xem đầy đủ bộ kiểm tra.

Câu hỏi thường gặp

Chọn một loại liên kết và chạy toàn bộ kiểm tra EN 1993-1-8 trên mô hình 3D, với các bước suy diễn chi tiết cho mọi kiểm tra.