Các loại kết nối cơ bản trong thi công kết cấu khung thép
Trong các kết cấu khung, việc thể hiện chi tiết các mối nối dầm–cột bao gồm nhiều loại mối nối khác nhau nhằm đáp ứng các tác động. Nhìn chung, mối nối dầm–cột được thực hiện bằng bu-lông, hàn hoặc sử dụng các mối nối cố định dạng I/J. Việc lựa chọn loại mối nối phụ thuộc vào yêu cầu của kết cấu. Ví dụ, một khung không gia cường chịu mô-men uốn có thể sử dụng mối nối cố định dạng I/J được hàn toàn bộ. Đối với kết cấu di động, các mối nối dùng bu-lông cấp độ 8.8 có thể tạo ra lực cản tương tự như dây an toàn; những mối nối này dễ tháo lắp và thay thế. Cũng có thể áp dụng cách tiếp cận thiết kế tương tự để đưa vào các mối nối nhằm xử lý các chuyển vị tiềm tàng, chẳng hạn như các mối nối bản lề. Đối với chuyển vị trong kết cấu cầu, người ta thường dùng mối nối bản lề. Các mối nối cố định trong khung được sử dụng trong các khung khổng lồ (mega frames) và nhà cao tầng nhằm đảm bảo khả năng chịu tải ngang. Về mặt kinh tế, các khung khác có thể giảm bớt mức độ chi tiết. Về mặt thẩm mỹ, các khung khổng lồ lại đòi hỏi mức độ chi tiết rất cao. Đối với các thanh có đường kính lớn, mối nối hàn đáp ứng nhiều quy định hơn trong tiêu chuẩn EN 1993-1-8 so với mối nối bu-lông.
Việc sử dụng mối hàn trong các liên kết giữa dầm thép và cột làm tăng độ cứng tổng thể của khung và giúp phân phối tải trọng trên toàn bộ khung. Đối với mối hàn thấu suốt, liên kết được coi là đặc chắc. Tải trọng được tác dụng lên liên kết trong thời gian dài và duy trì ổn định trong thời gian dài. Do đó, ưu tiên sử dụng mối hàn thấu suốt hơn là sử dụng một số bu-lông. Cụm từ "Các quy định trong EN 1993-1-8 hỗ trợ việc huy động những người có năng lực" có nghĩa là việc tham gia của những người như vậy là điều đáng khuyến khích. Trách nhiệm của những người có năng lực này là xác định và kiểm chứng xem mối hàn có được thực hiện đúng theo các tiêu chuẩn đã quy định hay không. Một xưởng có thể tiến hành kiểm tra siêu âm để phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn trong mối hàn. Những mối hàn như vậy loại bỏ các vấn đề liên quan đến việc sử dụng bu-lông. Tuy nhiên, xét về góc độ trách nhiệm và quản lý căng thẳng, nhân viên phải hết sức thận trọng do ảnh hưởng của môi trường xung quanh và điều kiện thời tiết, đặc biệt là các biến đổi xảy ra trong quá trình hàn.
Các mối nối: Tấm đầu mút, Mối nối đặt trên gối tựa, Hệ thống tấm cánh
Trong lắp ráp khung thép, các mối nối bulông mang lại nhiều lợi ích. Các hệ thống chính đang được sử dụng hiện nay gồm:
– Các mối nối tấm đầu mút, giúp truyền mô-men từ mép chịu kéo dưới lên mép chịu kéo trên hoặc từ mép chịu nén dưới lên mép chịu nén trên.
– Các mối nối đặt trên gối tựa, cung cấp sự chống đỡ theo phương đứng nhờ một thanh góc phụ trợ ở phía dưới.
– Việc sử dụng các mối nối tấm cánh ngày càng phổ biến. Loại mối nối này được cho là làm giảm thời gian thi công tại hiện trường khi nối các cấu kiện.
Như đã nêu trên, mục đích chính của tất cả các hệ thống nối này là giảm yêu cầu về dung sai thiết kế và thi công do ảnh hưởng của nhiều thay đổi khác nhau. Các thử nghiệm gần đây đối với Tấm đầu mút mở rộng (EEP) cho thấy khả năng chịu mô-men tăng lên tới 15% so với thiết kế có độ dày bằng không. Mức độ biến động trong các thay đổi tại hiện trường lớn hơn mức thông thường cho phép trong thiết kế kết cấu.
Yếu tố liên kết: Hàn – Bulông
Tốc độ lắp đặt Nhanh (tiền chế) Chậm (hàn tại hiện trường)
Khả năng điều chỉnh Hạn chế (hàn) Linh hoạt (tiền chế)
Độ phức tạp của kiểm tra Yêu cầu kiểm tra phi phá hủy (NDT) Kiểm tra bằng mắt (tiền chế)
Khả năng chống rung vượt trội đòi hỏi phải sử dụng đai ốc khóa
Các yếu tố thiết kế khác nhau nhằm đạt được các mối nối thép hiệu quả và kinh tế (tiền chế)
Truyền mô-men, độ dẻo và hiệu suất của mối nối
Trong các khung chịu mô-men, độ dẻo cần thiết để kiểm soát mức độ biến dạng ngang của khung. Để kiểm soát độ võng của các mối nối chịu mô-men, độ dẻo của mối nối phải đủ để chịu đựng được biến dạng của khung. Các mối nối cần được thiết kế sao cho đạt được mức độ dẻo yêu cầu. Trong một sự kiện động đất, nếu các mối nối được thiết kế quá cứng, chúng có thể bị phá hủy giòn và sớm. Điều này không có nghĩa là nên khuyến nghị sử dụng mối nối quá linh hoạt. Một giải pháp cân bằng lý tưởng là cần thiết.
Thiết kế và lắp ráp tiết diện hình H
Trong lắp ráp tại hiện trường, quy trình yêu cầu siết bu-lông cường độ cao đến khoảng 70% mô-men xoắn tối đa, đồng thời căn chỉnh các dầm sao cho độ lệch không vượt quá giới hạn L/500. Cho đến khi 75% các mối nối đạt độ bền tối đa, cấu trúc cần được gia cố tạm thời bằng hệ thanh chống. Điều này giúp giảm thiểu các vấn đề phát sinh tại hiện trường. Việc phân bố tải trọng đều đặn góp phần nâng cao hiệu suất của cấu trúc.
Các câu hỏi thường gặp
Các loại mối nối khác nhau trong cấu trúc khung thép là gì?
Các loại mối nối khác nhau trong cấu trúc khung thép bao gồm, nhưng không giới hạn ở, hàn, bắt bu-lông, tán đinh và nối bằng chốt.
Những ưu điểm khi sử dụng mối nối hàn trong cấu trúc khung thép là gì?
Việc sử dụng mối nối hàn tạo ra một mối nối có độ cứng cao hơn nhiều, do đó đóng vai trò then chốt trong hiệu suất của cấu trúc khung. Ngoài ra, một mối nối khung cho phép cấu trúc khung chịu tải một cách đều đặn, với tải trọng được phân bố trên toàn bộ diện tích của mối nối.
Những ưu điểm khi sử dụng mối nối bắt bu-lông trong cấu trúc khung thép là gì?
Ưu điểm chính của việc sử dụng liên kết bu-lông là cấu trúc khung có thể dễ dàng lắp ráp, tháo dỡ và vận chuyển. Các liên kết bu-lông giữa các thanh khung có thể được vận chuyển dễ dàng nếu cấu trúc có kích thước lớn.
Các liên kết khung cho cấu trúc thép là gì và chúng được thiết kế như thế nào?
Mô-men tải tác động lên một khung cụ thể được truyền sang các thanh liền kề. Các mối nối trong cấu trúc thép được thiết kế nhằm đảm bảo tính thuận tiện và kinh tế trong thi công cấu trúc.