TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BU LÔNG

Trong các công trình xây dựng nhà xưởng kết cấu thép luôn sử dụng các bu lông kết nối. Đối với liên kết bu lông cường độ cao giữa móng lẫn kết nối các cấu kiện với nhau bu lông được hình thành thông qua ma sát giữa chúng. Bu lông cường độ cao có thể là bu lông cấp độ bền 8.8; 10.9 hoặc các loại bu lông có khả năng chịu lực tốt hơn nữa.

Tính toán khả năng chịu lực của bu lông

Trong quá trình lắp đặt sự xiết chặc tạo nên lực căng trước trong bu lông, dẫn tới các bản thép được liên kết ép chặt lên nhau và tạo ra lực ma sát lớn kháng lại lực cắt trong liên kết

Lực kháng mà mỗi mặt ma sát của những cấu kiện thép được liên kết có thể chịu được khi xiết bu lông cường độ cao được tính toán như sau

Trong đó

• f_hb - cường độ chịu kéo tính toán của bu lông cường độ cao, f_hb = 0.7*f_ub
• f_ub - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bu lông, đối với bu lông cấp bền 8.8 và 10.9 lần lượt là 80 kN/cm² và 100 kN/cm²
• µ - hệ số ma sát, lấy theo bảng phía dưới
• γ_b2 - hệ số độ tin cậy, lấy theo bảng phía dưới
• A_bn - diện tích thực của bu lông, lấy theo bảng phía dưới
• γ_b1 - hệ số điều kiện làm việc của liên kết, phụ thuộc số lượng bu lông trong liên kết, = 0.8 nếu số bu lông bé hơn 5; = 1 nếu số bu lông lớn hơn hoặc bằng 10; = 0.9 với trường hợp còn lại

Số bu lông trong liên kết khi phải chịu lực dọc N được xác định theo công thức

Trong đó n_f là số mặt ma sát của liên kết, γc = 1

Lực kéo trong thân bu lông do xiết ecu P = f_hb*A_bn

Các bảng tra

Mô men xiết

Giá trị mô men xiết phụ thuộc vào đường kính bu lông, lực căng trong thân bu lông, được xác định như sau:

M = k * P * D

Trong đó P và D là lực căng trong thân bu lông (xem phía trên) và đường kính của bu lông. k là hệ số thực nghiệm = 0.12 đến 0.2

Mô men xiết có thể được kiểm soát bằng Cờ lê chuyên dụng (cờ lê lực)

Trường hợp cột chịu mô men M và cắt Q:

- lực cắt Q bạn có thể chia đều cho số lượng bu lông, mỗi thằng chịu một phần.

- mô ment uốn: cái này khá phức tạp, tùy thuộc vào tiết diện cột, cách bố trí bulong, chiều dày bản mã chân cột, cách gia cường bản mã xung quanh vị trí bu lông,...

Trường hợp điển hình cột tiết diện chữ H chịu uốn trong mặt phẳng bụng: bạn phải tìm diện tích vùng nén lên bê tông chân cột, cân bằng với lực kéo trong bu lông, sau đó xác định cánh tay đòn rồi tìm mô men chống uốn. Phương pháp này cần phải giải phương trình bậc 3 để tìm diện tích vùng nén của bản đế lên móng bê tông.

Nếu bạn giả thiết cánh tay đòn là từ tâm cột đến hàng bu lông chịu nén thì giả thiết này thường thiên về an toàn, không tiết kiệm.

Cần chú ý đến chiều dày của bản mã nữa, nếu bản mã mỏng và không được gia cường hợp lý thì sẽ bị biến dạng nhiều, xuất hiện hiệu ứng cánh tay đòn của bê tông tác dụng lên bản mã -> làm tăng lực kéo trong bu lông...

Nói chung vấn đề không hề đơn giản, bạn nên đọc thêm tài liệu tham khảo nước ngoài để rõ hơn.

Sau khi xác định được lực cắt và kéo trong bulong thì kiểm tra theo điều kiện trong TCVN.

Về lý thuyết thì như bạn NBG nói và AISC cũng làm như vậy và tôi cũng theo AISC.

Theo TCVN: -Bu lông móng không chịu cắt

Theo TC 1 số nước khác: (ví dụ như Mỹ) thì bulong mong chịu cả lực cắt và lực kéo.

- Nếu bạn thang 0407 làm theo AISC thì search design Guide 1 của AISC, giải phương trình bậc 3 và tìm ra nghiệm vị trí trục trung hòa.

- Nếu làm theo TCVN thì bạn làm theo cách của sách đồ án thép, đỡ phải tranh luận nhiều.

Cả 2 cách trên đều phải làm theo các công thức trong sách, khá dài, không thể nói tỉ mỉ được trên diễn đàn. Bạn nên tìm sách đọc rồi làm theo, bạn sẽ thấy được nhiều điều khác nữa.

Việc bố trí bulong phải đảm bảo các yêu cầu về truyền lực tốt, cấu tạo đơn giản và cả việc dễ chế tạo nữa! 

1. Khoảng cách giữa trọng tâm của 2 bu lông hay đinh tán theo phương bất kỳ lấy như sau:

1.1. Nhỏ nhất

+ Bu lông: 2,5d

+ Đinh tán: 3d

1.2. Lớn nhất, trong các đường đinh ở biên khi không có thép góc viền đối với các cấu kiện chịu kéo và nén là 8d hay 12t

1.3. Lớn nhất, trong các đường đinh ở giữa và ở biên khi có thép góc viền:

+ CK chịu nén: 12d hay 18t

+ CK chịu kéo: 16d hay 24t

2. Khoảng cách từ trọng tâm bu lông hay đinh tán đến biên của cấu kiện

2.1. Nhỏ nhất dọc theo lực: 2d

2.2. Nhỏ nhất vuông góc với lực

+ Khi mép bản thép bị cắt: 1,5d

+ Khi mép bản thép được cán: 1,2d

2.3. Lớn nhất 4d hay 8t

2.4. Nhỏ nhất, đối với bu lông cường độ cao khi mép bất kỳ trong hướng bất kỳ 1,3d

Trong đó: d là đường kính lỗ bu lông và t là chiều dày bản mỏng nhất ở ngoài.