Tool thiết kế liên kết mối nối dầm

Tool kiểm tra những gì

Mối nối dầm ghép hai đoạn dầm sao cho liên kết truyền được mô men, lực cắt và lực dọc qua vị trí nối. Tool này theo EN 1993-1-8 và SCI P358: phân phối nội lực giữa các bản nối cánh và bản nối bụng, rồi kiểm tra bu lông bụng về trượt và ép mặt, bu lông cánh, cánh chịu kéo và bản nối của nó, bản nối bụng chịu cắt và uốn, cùng bản thân bụng dầm.

Việc phân phối nội lực là chỗ hay gây nhầm. Hai cánh chịu mô men dưới dạng một cặp ngẫu lực, bụng chịu lực cắt - nhưng nhóm bu lông bụng còn nhận thêm mô men do lệch tâm giữa trọng tâm nhóm bu lông và trục mối nối, và mô men lệch tâm đó thường là thứ quyết định cỡ bu lông bụng.

Sức kháng trượt chi phối mối nối xiết trước

Chạy tool với số liệu mặc định - dầm 533 x 210 thép S355, cánh trên hàn và cánh dưới bắt bu lông, bu lông M20 cấp 8.8 xiết trước, mu = 0,5 - cho kết quả:

Bu lông bụng, sức kháng trượt

36,69 / 54,88 kN, mức huy động 0,669 - CHI PHỐI

Bu lông bụng, ép mặt

mức huy động 0,264

Bản nối bụng, chịu uốn

28,78 / 137,46 kNm, mức huy động 0,209

Cánh chịu kéo

156,0 / 909,8 kN, mức huy động 0,172

Bản nối bụng, chịu cắt

100 / 852,1 kN, mức huy động 0,117

Bụng dầm, chịu cắt

100 / 947,0 kN, mức huy động 0,106

Bu lông cánh

19,5 / 237,6 kN, mức huy động 0,082

Lực trong cánh do mô men

156,0 kN

Mô men lệch tâm của bu lông bụng

9,50 kNm

Trượt chi phối ở 0,669, bỏ xa mọi bước khác - và chi phối ở mức chưa bằng một nửa mức huy động ép mặt của chính các bu lông đó. Đó là đặc trưng của mối nối xiết trước: liên kết được thiết kế để không dịch chuyển, và lực ma sát cạn kiệt từ rất lâu trước khi bu lông hết khả năng chịu cắt hay ép mặt.

Hệ quả thực tế là sức kháng trượt phụ thuộc bề mặt ma sát chứ không phụ thuộc cường độ bu lông. Xử lý bề mặt đạt mu = 0,5 thay vì 0,3 cho thêm 67 phần trăm khả năng ở bước chi phối, trong khi nâng cấp bền bu lông hoàn toàn không thay đổi gì.

Mô men lệch tâm trên bu lông bụng

Nhóm bu lông bụng nằm lệch một bên so với trục mối nối, nên lực cắt truyền qua nó cũng gây ra mô men bằng lực cắt nhân cánh tay đòn đó - 9,50 kNm trong ví dụ trên. Mô men đó được nhóm bu lông chịu theo phân bố cực, thêm vào các bu lông ngoài cùng một thành phần lực mà riêng lực cắt thẳng đứng không tạo ra.

Tool báo cả lực cắt trực tiếp lẫn phần đóng góp do lệch tâm, cùng mô men quán tính cực của nhóm bu lông dùng để phân giải chúng. Làm nhóm bu lông bụng cao hơn sẽ giảm lực do mô men trên từng bu lông, và thường là giải pháp tốt hơn so với thêm một cột bu lông ở xa trục hơn.

Tra công thức

Sức kháng trượt, xiết trước

$F_{s,Rd} = \dfrac{k_s\,n\,\mu}{\gamma_{M3}}\,F_{p,C}$

Lực xiết trước

$F_{p,C} = 0.7\,f_{ub}\,A_s$

Lực trong cánh do mô men

$F_f = \dfrac{M_{Ed}}{h - t_f}$

Mô men lệch tâm bu lông bụng

$M_{ecc} = V_{Ed}\,e$

Mô men quán tính cực của nhóm bu lông

$I_p = \sum (x_i^{2} + y_i^{2})$

Lực bu lông do mô men

$F_{M,i} = \dfrac{M\,r_i}{I_p}$

Bản nối chịu uốn

$M_{Rd} = \dfrac{W_{pl}\,f_y}{\gamma_{M0}}$

Giả thiết và giới hạn

Sức kháng trượt giả thiết cấp bề mặt ma sát đã khai báo thực sự đạt được ngoài công trường. Cấp A đòi hỏi bề mặt tiếp xúc được phun hạt mài và không nhiễm bẩn - sơn, sơn lót, dầu mỡ hay vảy cán đều làm giả thiết mất hiệu lực hoàn toàn, và không phép tính nào bù lại được. Bản thân lực xiết trước phụ thuộc quy trình xiết có kiểm soát, nên phần chỉ định vật liệu và chế độ nghiệm thu là một phần của thiết kế chứ không phải chuyện phụ.

Tool kiểm tra các bộ phận của mối nối. Tool không kiểm tra dầm như một cấu kiện ở hai phía mối nối, và giả thiết mối nối nằm đúng chỗ mà các nội lực bạn nhập thực sự xuất hiện - đặt mối nối gần điểm uốn là quyết định thiết kế làm thay đổi nội lực, không phải thứ tool tối ưu giúp bạn.

Tình huống thiết kế tĩnh lâu dài. Mỏi - vốn là một lý do phổ biến để dùng bu lông xiết trước - chịu lửa và cấu tạo kháng chấn nằm ngoài phạm vi.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)