Đề tài Sức kháng còn lại sau ăn mòn của các thanh giàn cầu thép

Ăn mòn kim loại là vấn đề rất nghiêm trọng gây nên tổn thất rất lớn cho nền kinh tế quốc dân. Trên thế giới có khoảng một phần ba trọng lượng kim loại hàng năm bị ăn mòn, phá hủy. Tác hại do ăn mòn kim loại gây ra là rất lớn, gồm nhiều tác hại trực tiếp và gián tiếp. Vì thế, chống ăn mòn kim loại là một vấn đề đã và đang được áp dụng để làm giảm thiệt hại này. Dạng ăn mòn kim loại phổ biến nhất là gỉ. Gỉ (có thành phần Fe2O3.nH2O) không bền và xốp nên không bảo vệ được sắt khỏi bị ăn mòn. Hiện tượng ăn mòn là một loại hư hỏng của kết cấu, nó chiếm khoảng 20-25% những sai hỏng được ghi nhận và thường rất nguy hiểm. Các biện pháp đo đạc cần được thực hiện thường xuyên để ngăn chặn quá trình ăn mòn hoặc dừng sử dụng khi phát hiện nguy hiểm để tránh thảm hoạ. Những hư hỏng do tác động của ngoại lực như gió, bão, neo giữ, lắp đặt không đúng hay lỗi vật liệu được đánh giá quan trọng hơn. Tuy nhiên, kết cấu khi bị ăn mòn sẽ giảm khả năng chống chịu lại những ngoại lực trên hay làm nghiêm trọng thêm những điểm yếu trong vật liệu. Ngăn chặn quá trình ăn mòn cần được quan tâm đến trong toàn bộ quá trình: từ thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm và trong suốt thời gian hoạt động. Một khi quá trình ăn mòn đã xảy ra, việc giảm thiểu tác động của nó lên sự toàn vẹn của hệ thống là rất khó khăn. Thường sự tách biệt giữa dự án và vận hành gây khó khăn cho việc kiểm soát ăn mòn. Dự án thường cố gắng trong việc tạo ra một kết cấu có khả năng làm việc trong khung thời gian và tài chính cần thiết. Như vậy, quá trình vận hành có thể phải nhận một hệ thống không tối ưu và chi phí chống ăn mòn rất cao. Luôn luôn tồn tại một sự không cân bằng giữa nguồn vốn và chi phí vận hành, do đó cần phải phân tích cẩn thận để lựa chọn phương pháp chống ăn mòn để đạt được cân bằng kinh tế tốt nhất. Khó khăn lớn nhất trong việc đánh giá về kinh tế là sự không chắc chắn về tuổi thọ và quá trình hoạt động của nó. Thông thường chi phí cho việc chống ăn mòn chiếm khoảng 10-20% tổng vốn dự án và 0,3-0,5% chi phí vận hành.

docx57 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 18/10/2013 | Lượt xem: 1788 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Sức kháng còn lại sau ăn mòn của các thanh giàn cầu thép, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Mục Lục Trang Chương 1: Đặt vấn đề …………………………………………………… 2 Chương 2: Nghiên cứu xem xét nguyên lý ăn mòn thép (gỉ thép) …….. 3 Khái quát về ăn mòn thép ………………………………………….. 3 Các dạng ăn mòn thép ……………………………………………… 3 Ăn mòn điện hóa …………………………………………………… 4 Các yếu tố ảnh hưởng tới ăn mòn thép …………………………….. 6 Tốc độ ăn mòn thép ………………………………………………… 6 Hậu quả của hiện tượng gỉ đối với kết cấu ………………………..... 7 Chương 3: Xác định sức kháng còn lại sau ăn mòn ……………………. 9 Sức kháng kéo dọc trục …………………………………………….. 9 Sức kháng nén dọc trục …………………………………………….. 15 Mất mát tiết diện do ăn mòn, dự báo sức kháng còn lại sau 10 năm, 20 năm, 50 năm, 75 năm, 100 năm ………………………………… 30 Chương 4: Các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn thép kết cấu …………. 43 4.1. Tại Việt Nam và Thế giới …………………………………………... 43 4.2. Đánh giá và đề xuất phương án mới nhằm hạn chế hiện tượng gỉ ….. 53 Chương 5: Kết luận ……………………………………………………… 56 Tài liệu tham khảo ………………………………………………………. 57 Chương 1: Đặt vấn đề Ăn mòn kim loại là vấn đề rất nghiêm trọng gây nên tổn thất rất lớn cho nền kinh tế quốc dân. Trên thế giới có khoảng một phần ba trọng lượng kim loại hàng năm bị ăn mòn, phá hủy. Tác hại do ăn mòn kim loại gây ra là rất lớn, gồm nhiều tác hại trực tiếp và gián tiếp. Vì thế, chống ăn mòn kim loại là một vấn đề đã và đang được áp dụng để làm giảm thiệt hại này. Dạng ăn mòn kim loại phổ biến nhất là gỉ. Gỉ (có thành phần Fe2O3.nH2O) không bền và xốp nên không bảo vệ được sắt khỏi bị ăn mòn. Hiện tượng ăn mòn là một loại hư hỏng của kết cấu, nó chiếm khoảng 20-25% những sai hỏng được ghi nhận và thường rất nguy hiểm. Các biện pháp đo đạc cần được thực hiện thường xuyên để ngăn chặn quá trình ăn mòn hoặc dừng sử dụng khi phát hiện nguy hiểm để tránh thảm hoạ. Những hư hỏng do tác động của ngoại lực như gió, bão, neo giữ, lắp đặt không đúng hay lỗi vật liệu được đánh giá quan trọng hơn. Tuy nhiên, kết cấu khi bị ăn mòn sẽ giảm khả năng chống chịu lại những ngoại lực trên hay làm nghiêm trọng thêm những điểm yếu trong vật liệu. Ngăn chặn quá trình ăn mòn cần được quan tâm đến trong toàn bộ quá trình: từ thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm và trong suốt thời gian hoạt động. Một khi quá trình ăn mòn đã xảy ra, việc giảm thiểu tác động của nó lên sự toàn vẹn của hệ thống là rất khó khăn. Thường sự tách biệt giữa dự án và vận hành gây khó khăn cho việc kiểm soát ăn mòn. Dự án thường cố gắng trong việc tạo ra một kết cấu có khả năng làm việc trong khung thời gian và tài chính cần thiết. Như vậy, quá trình vận hành có thể phải nhận một hệ thống không tối ưu và chi phí chống ăn mòn rất cao. Luôn luôn tồn tại một sự không cân bằng giữa nguồn vốn và chi phí vận hành, do đó cần phải phân tích cẩn thận để lựa chọn phương pháp chống ăn mòn để đạt được cân bằng kinh tế tốt nhất. Khó khăn lớn nhất trong việc đánh giá về kinh tế là sự không chắc chắn về tuổi thọ và quá trình hoạt động của nó. Thông thường chi phí cho việc chống ăn mòn chiếm khoảng 10-20% tổng vốn dự án và 0,3-0,5% chi phí vận hành. Ăn mòn kim loại mà cụ thể là ăn mòn các kết cấu cầu thép là vấn đề rất cần được quan tâm nghiên cứu. Chương 2: Nghiên cứu xem xét nguyên lý ăn mòn thép (gỉ thép) Khái quát về ăn mòn thép. Ăn mòn được định nghĩa là sự xuống cấp của một kim loại do phản ứng điện hóa của nó với môi trường. Theo các định luật nhiệt động lực học, có một xu hướng trạng thái năng lượng cao biến đổi thành năng lượng thấp. Đó là xu hướng của kim loại tái kết hợp với các nguyên tố hiện diện trong môi trường dẫn đến hiện tượng được gọi là ăn mòn. Các dạng ăn mòn thép. - Ăn mòn cục bộ: Dạng ăn mòn rất thông thường, nó là quá trình ăn mòn diễn ra do những biến đổi của điều kiện môi trường. Quá trình này dễ khống chế và ngăn chặn. Tuy nhiên có thể khó khăn trong việc xác định vị trí đo đạc. - Ăn mòn lỗ: Sự khác biệt giữa ăn mòn cục bộ và ăn mòn lỗ đôi khi gây nhầm lẫn. Ăn mòn lỗ thật sự là do những vị trí ăn mòn cô lập hoàn toàn, phần lớn kim loại xung quang không bị ảnh hưởng. Đối với thép carbon, những lỗ này có khuynh hướng lớn lên theo hình bán cầu và vài lỗ chồng lên nhau tạo ra vùng ăn mòn lớn hình vỏ sò. Đối với thép hợp kim chống ăn mòn, những lỗ này thường có đường kính nhỏ nhưng ăn sâu và thường tạo thành cụm. - Dạng Intergranular (nổi sần sùi) rất ít gặp đối với thép carbon trừ khi có sự không đồng nhất tại những vị trí có mối hàn, thường gây ra do sulphide và nitrate, nhưng loại thép hợp kim rất nhạy cảm với loại ăn mòn này. - Ăn mòn kết hợp với ứng suất gây nứt gãy: một dạng ăn mòn mở rộng rất nguy hiểm, có thể hạn chế và ngăn chặn bằng cách cẩn thận và đúng đắn trong việc lựa chọn vật liệu, lắp đặt và vận hành. Quá trình ăn mòn diễn ra có sự kết hợp của ứng suất xuất hiện và tình trạng đặc biệt của môi trường. Thép kết cấu có thể bị nứt trong môi trường chua (Hydrogen sulphide). Hợp kim chống ăn mòn có thể bị nứt trong môi trường chloride. - Nổi bọt: xuất hiện trong môi trường chua, do có cấu trúc kim loại không đồng nhất trong thép, chủ yếu xảy ra trong các bồn chứa. Phản ứng ăn mòn giải phóng hydrogen nguyên tử và một số có thể xâm nhập vào cấu trúc của thép, sau đó kết hợp tạo thành phân tử khí hydrogen. Khí này do không thể thoát ra nên tập trung lại tạo nên áp suất cao gây ra những bọt xuất hiện trên bề mặt. - Ăn mòn mỏi: xảy ra nhiều trong kết cấu. Bất cứ sự tạo thành ứng suất có tính chu kỳ nào cũng trở nên nguy hiểm nếu có sự hiện diện của tác nhân ăn mòn. Môi trường có sulphide đặc biệt nguy hiểm đối với loại này. Ăn mòn điện hóa. Trong ăn mòn điện hóa, có hai phản ứng xảy ra ở giao diện kim loại và chất điện ly: Phản ứng giải phóng điện tử ở anốt (oxy hóa) và phản ứng tiêu thụ điện tử ở cực âm. Một loại pin ăn mòn cơ bản, có bốn thành phần thiết yếu bao gồm: Cực dương (anot). Cực dương thường ăn mòn do mất điện tử từ các nguyên tử kim loại trung hòa về điện để hình thành các ion rời rạc. Những ion này có thể vẫn còn trong dung dịch hoặc phản ứng để tạo thành các sản phẩm ăn mòn không hòa tan. Phản ứng ăn mòn của kim loại Fe thường được biểu diễn bởi phương trình đơn giản: (2.1) Cực âm (catot). Phản ứng cực âm phải tiêu thụ các điện tử được sản ra bởi phản ứng ở cực dương. Có hai phản ứng cơ bản xảy ra ở cực âm tùy thuộc vào pH của dung dịch: (2.2) (2.3) Chất điện ly. Đây là dung dịch điện ly nó có thể cho phép các ion dương di chuyển từ cực dương tới cực âm và các ion âm di chuyển theo hướng ngược lại. Kết nối điện. Cực dương và cực âm phải được nối với nhau bằng dây dẫn điện trong pin ăn mòn. Thiếu một thành phần bất kỳ nào thì ăn mòn điện hóa sẽ không xảy ra. Biểu đồ Pourbaix Dựa trên dữ liệu nhiệt động học về phản ứng giữa kim loại và nước, Pourbaix phát triển biểu đồ giữa điện thế với độ pH cho thấy các pha ổn định nhiệt động học như là một hàm của điện thế điện cực và độ pH. Biểu đồ Pourbaix đối với sắt, được thể hiện trong hình 2.1. Hình 2.1. Biểu đồ Pourbaix quan hệ thế điện cực và độ pH của hệ Fe-H2O Có ba vùng được minh họa trong biểu đồ: vùng Corrosion sắt bị ăn mòn, vùng Passivation sắt bị thụ động, vùng Immunity sắt không bị ăn mòn. Từ giản đồ thế điện cực - pH của hệ Fe - H2O trình bày trên hình 2.1 cho phép rút ra một số nhận xét sau: − Dự đoán khả năng bị ăn mòn và không bị ăn mòn của sắt trong môi trường nước. Tất nhiên không đem lại một thông tin gì về tốc độ của các phản ứng xảy ra. − Rút ra nguyên tắc của phương pháp điện hoá bảo vệ chống ăn mòn sắt trong môi trường nước và cụ thể là: + Dịch chuyển thế điện cực sắt (thép) trong môi trường nước về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn của sắt thì sắt đi vào vùng an toàn không bị ăn mòn. + Dịch chuyển thế điện cực của sắt (thép) trong môi trường trường nước về phía dương so với điện thế ăn mòn (phân cực anot) sẽ làm cho kim loại bị thụ động - gọi là bảo vệ anot. + Điều chỉnh tăng pH =12.5-13.5 của môi trường ăn mòn đưa kim loại thép vào vùng thụ động làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại. Tính thụ động Thụ động xảy ra khi sản phẩm ăn mòn là không hòa tan, bám chặt trên bề mặt và đưa đến hình thành một màng bảo vệ siêu mỏng trên bề mặt của kim loại. Việc duy trì thụ động cần điều kiện môi trường điện nhất định. Sự phá vỡ của màng thụ động thường do những thay đổi của điều kiện môi trường điện hóa. Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn thép. Ảnh hưởng của bản chất kim loại. Tính chống ăn mòn kim loại liên quan đến điện thế tiêu chuẩn, hoạt độ hóa học của kim loại. Điện thế tiêu chuẩn của kim loại càng âm thì hoạt độ hóa học càng cao, kim loại càng dễ bị ăn mòn. Tuy nhiên có những kim loại (như Crom, Niken), điện thế tiêu chuẩn âm, hoạt độ hóa học cao nhưng tính bền ăn mòn tốt. Đó là do trên bề mặt hình thành lớp màng oxi hóa kín, rất mỏng, có thể bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn. Như vậy gọi là sự thụ động hóa kim loại. Tính chống gỉ của kim loại còn liên quan đến hàm lượng tạp chất và độ bóng của nó. Tạp chất của kim loại càng nhiều tính chống gỉ của nó càng kém. Độ bóng kim loại càng cao, tính chống gỉ càng tốt. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới sự ăn mòn. Nhiệt độ càng cao, hoạt độ hóa học của kim loại và dung dịch tăng, do đó làm tăng sự ăn mòn. Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn. Tính chống gỉ của nguyên liệu có quan hệ trực tiếp tới môi trường ăn mòn. Trong những môi trường khác nhau, tính ổn định của kim loại cũng khác nhau. Ví dụ: Vàng ổn định trong nhiều dung dịch nhưng bị ăn mòn trong nước cường toan. Tốc độ ăn mòn thép. Tốc độ ăn mòn có thể đo bằng các đại lượng sau : Tổn thất trọng lượng: Tổn thất trọng lượng là trọng lượng kim loại bị ăn mòn trên đơn vị bề mặt trong đơn vị thời gian : là trọng lượng mẩu kim loại trước và sau khi bị ăn mòn (mg) S: diện tích bề mặt kim loại (); t: thời gian (s) Độ thâm nhập P: Tính bằng chiều sâu trung bình kim loại bị ăn mòn trong một năm. Trong đó: G : lượng vật liệu bị ăn mòn (g/m.h) ρ : khối lượng riêng của kim loại (kg /m) Hậu quả của hiện tượng gỉ thép đến kết cấu. Gỉ thép chưa xử lý có ảnh hưởng lớn đến chất lượng công trình xây dựng. Đây cũng là một trong các nguyên nhân chính dẫn đến sớm phá hủy kết cấu thép và bê tông cốt thép đặc biệt đối với các công trình xây dựng vùng biển. Với các kết cấu thép không được bảo vệ, sau 1 năm thử nghiệm cho thấy tùy thuộc vào môi trường nói chung lượng thép hao hụt từ 500 đến 2000g/m2. Ngoài ra còn làm suy giảm lực bám dính giữa thép với lớp phủ bảo vệ và gây ra ăn mòn điểm. Điều đó dẫn tới mất khả năng bảo vệ của các lớp phủ bên ngoài. Nếu chưa được làm sạch hoàn toàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông cốt thép, chủ yếu ở hai yếu tố là giảm lực liên kết giữa thép với bê tông và tăng mức độ ăn mòn của thép trong bê tông theo thời gian. Các kết quả thử nghiệm sau 1 năm chỉ ra rằng nếu thép chưa làm sạch gỉ, lực liên kết giữa thép gỉ với bê tông trong thời điểm đầu có tăng tuy nhiên theo thời gian thì có xu hướng giảm dần. Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này được xem là do thép gỉ có diện tích bề mặt lớn hơn thép thường, lực ma sát tạo ra lớn nên lực liên kết với bê tông cao. Tại thời điểm ban đầu sản phẩm gỉ tiếp tục phát triển gây nở tạo ứng suất ép vào bề mặt bê tông nên lực liên kết lớn hơn và tăng dần. Tuy nhiên dần dần theo thời gian thì gỉ thép càng phát triển, sản phẩm gỉ tạo thành không còn tính liên kết với thép nền nên lực liên kết giảm dần. Bên cạnh đó gỉ thép do chưa được xử lý nên cũng là mầm tạo điều kiện thúc đẩy quá trình ăn mòn phát triển. Bình thường thép sau một thời gian làm việc lâu dài, do các yếu tố bên ngoài xâm thực tác động mạnh mới tạo thành gỉ. Nhưng thép đã có sẵn gỉ thì các vết gỉ có tính chất xốp, là nơi tích tụ nhiều oxy và hơi ẩm sẽ dễ dàng phát triển gỉ nhanh và mạnh hơn nhiều. Tại thời điểm ban đầu, gỉ thép mới tạo thành còn bị ức chế bởi môi trường kiềm trong bê tông nhưng theo thời gian môi trường kiềm trong bê tông không còn khả năng tái tạo màng thụ động bảo vệ, gỉ thép tiếp tục phát triển và tốc độ ăn mòn thép tăng. Do vậy, dù với bất cứ dạng gỉ nào cũng có thể nhận thấy nếu không được xử lý triệt để hoàn toàn thì gỉ thép là nguyên nhân chủ yếu làm suy giảm khả năng làm việc của kết cấu bê tông cốt thép, dẫn tới nguy cơ tiềm ẩn xẩy ra các sự cố công trình. Chương 3: Xác định sức kháng còn lại sau ăn mòn Sức kháng kéo dọc trục. Đặc điểm cấu tạo. Các hình thức mặt cắt. Cấu kiện chịu kéo là các cấu kiện của kết cấu chịu lực kéo dọc trục. Chúng thường gặp trong các khung ngang và giằng dọc của hệ dầm cầu cũng như trong các cầu giàn, cầu giàn vòm. Dây cáp và thanh treo trong cầu treo và cầu dây văng cũng là những cấu kiện chịu kéo. Điều quan trọng là phải biết cấu kiện chịu kéo được liên kết với các cấu kiện khác trong kết cấu như thế nào. Nói chung, đây là các chi tiết liên kết quyết định sức kháng của một cấu kiện chịu kéo và chúng cần được đề cập trước tiên. Hình thức mặt cắt ngang của cấu kiện chịu kéo khá đa dạng, bất kỳ hình dạng nào cũng có thể được sử dụng vì yếu tố quyết định cường độ của cấu kiện chịu kéo chỉ là diện tích mặt cắt ngang. Ta thường gặp các dạng mặt cắt: thép bản, thép hình, mặt cắt ghép. Các dạng liên kết. Có hai dạng liên kết cho các cấu kiện chịu kéo: liên kết bu lông và liên kết hàn. Một liên kết bu lông đơn giản giữa hai bản thép được cho trong hình 3.1. Rõ ràng, lỗ bu lông gây giảm yếu mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện. Lỗ bu lông còn gây ứng suất tập trung ở mép lỗ, ứng suất này có thể lớn gấp ba lần ứng suất đều ở một khoảng cách nào đó đối với mép lỗ (hình 3.1). Sự tập trung ứng suất xảy ra khi vật liệu làm việc đàn hồi sẽ giảm đi ở tải trọng lớn hơn do sự chảy dẻo. Hình 3.1 Sự tập trung ứng suất cục bộ và cắt trễ tại lỗ bu lông Một mối nối đơn giản bằng hàn giữa hai bản thép được biểu diễn trên hình 3.2. Trong liên kết hàn, mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện không bị giảm yếu. Tuy nhiên, ứng suất trong bản bị tập trung tại vị trí kề với đường hàn và chỉ trở nên đều đặn kể từ một khoảng cách nào đó tới đường hàn. Những sự tập trung ứng suất ở vị trí kề với liên kết này là do một hiện tượng được gọi là sự cắt trễ. Ở vùng gần với lỗ bu lông hoặc gần với đường hàn, ứng suất cắt phát triển làm cho ứng suất kéo ở xa lỗ bu lông hoặc đường hàn giảm đi so với giá trị lớn hơn tại mép. Hình 3.2 Sự tập trung ứng suất cục bộ và cắt trễ tại liên kết hàn Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm. Tổng quát. Các kết quả thí nghiệm kéo thép cầu được thể hiện bằng các đường cong ứng suất-biến dạng. Sau điểm chảy với ứng suất đạt tới Fy, ứng xử dẻo bắt đầu. Ứng suất gần như không đổi cho tới khi sự cứng hoá biến dạng làm ứng suất tăng trở lại trước khi giảm đi và mẫu thử đứt đột ngột. Giá trị đỉnh của ứng suất cho mỗi loại thép được định nghĩa là cường độ chịu kéo Fu của thép. Các giá trị của Fy và Fu được cho đối với các loại thép cầu khác nhau. Khi lực kéo tác dụng tại đầu liên kết tăng lên, điểm có ứng suất lớn nhất tại mặt cắt nguy hiểm sẽ chảy đầu tiên. Điểm này có thể xuất hiện tại nơi có ứng suất tập trung như được chỉ ra trong hình 3.1 và 3.2 hoặc tại nơi có ứng suất dư kéo lớn. Khi một phần của mặt cắt nguy hiểm bắt đầu chảy và tải trọng tiếp tục tăng lên, xuất hiện sự phân phối lại ứng suất do sự chảy dẻo. Giới hạn chịu lực kéo thông thường đạt được khi toàn bộ mặt cắt ngang bị chảy. Có 3 dạng hư hỏng trong cấu kiện chịu kéo: • Hư hỏng do chảy của mặt cắt ngang nguyên • Hư hỏng do đứt của mặt cắt thực • Hư hỏng do cắt khối (trong vùng liên kết) Nội dung yêu cầu cần kiểm toán trong cấu kiện chịu kéo là: • Sức kháng chảy của mặt cắt ngang nguyên • Sức kháng đứt của mặt cắt thực (mặt cắt giảm yếu) • Giới hạn độ mảnh • Kiểm toán liên kết (xem phần tính toán liên kết) Sức kháng kéo chảy. Sức kháng chảy tính toán (có hệ số) được xác định bởi (3.1.1) trong đó: fy hệ số sức kháng chảy của cấu kiện chịu kéo Pny sức kháng kéo chảy danh định trong mặt cắt nguyên (N) Fy cường độ chảy của thép (MPa) Ag diện tích mặt cắt ngang nguyên của cấu kiện (mm2) Sức kháng kéo đứt. Sức kháng đứt tính toán (có hệ số) được xác định bởi (3.1.2) trong đó: fu hệ số sức kháng đứt của cấu kiện chịu kéo, lấy theo bảng 1.1 Pnu sức kháng kéo đứt danh định trong mặt cắt giảm yếu (N) Fu cường độ chịu kéo của thép (MPa) Ag diện tích mặt cắt thực hữu hiệu của cấu kiện (mm2) Đối với liên kết bu lông, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu là (3.1.3) với An là diện tích mặt cắt thực của cấu kiện (mm2) và U là hệ số chiết giảm xét đến cắt trễ. Đối với liên kết hàn, diện tích mặt cắt thực hữu hiệu là: (3.1.4) Hệ số chiết giảm U không dùng khi kiểm tra chảy mặt cắt nguyên vì sự chảy dẻo có xu hướng làm đồng đều ứng suất kéo trên mặt cắt ngang do cắt trễ. Hệ số sức kháng đứt nhỏ hơn hệ số sức kháng chảy do có thể xảy ra đứt gãy đột ngột trong vùng cứng hoá biến dạng của đường cong ứng suất-biến dạng. 1/ Hệ số chiết giảm U Khi tất cả các bộ phận hợp thành (bản biên, vách đứng, các cánh thép góc…) được nối đối đầu hoặc bằng bản nút thì lực được truyền đều và U = 1,0. Nếu chỉ một phần của cấu kiện được liên kết (chẳng hạn, chỉ một cánh của thép góc) thì phần này sẽ chịu ứng suất lớn và phần không được liên kết sẽ chịu ứng suất nhỏ hơn. Trong trường hợp liên kết một phần, ứng suất phân bố không đều, cắt trễ xảy ra và U < 1,0. Đối với liên kết bu lông một phần, Munse và Chesson (1963) đã cho biết rằng, sự giảm chiều dài liên kết L (hình 3.3) làm tăng hiệu ứng cắt trễ. Các tác giả đề nghị sử dụng công thức gần đúng sau để xác định hệ số chiết giảm. (3.1.5) trong đó: x là khoảng cách từ trọng tâm diện tích cấu kiện được liên kết tới mặt phẳng chịu cắt của liên kết. Nếu cấu kiện có hai mặt liên kết đối xứng thì x được tính từ trọng tâm của một nửa diện tích gần nhất. Đối với liên kết bu lông một phần có ba bu lông hoặc nhiều hơn trên mỗi hàng theo phương tác dụng lực, hệ số U trong công thức có thể được lấy bằng 0,85. Hình 3.3 Cách xác định x Đối với liên kết hàn một phần của thép cán I và T cắt từ I, được nối chỉ bằng đường hàn ngang ở đầu: (3.1.6) trong đó: Ane diện tích thực của cấu kiện được liên kết (mm2) Agn diện tích thực của phần thép cán nằm ngoài chiều dài liên kết (mm2) Đối với liên kết hàn có đường hàn dọc theo cả hai mép cấu kiện nối ghép (hình 3.2), hệ số chiết giảm có thể được lấy như sau: (3.1.7) với L là chiều dài của cặp mối hàn (mm) và W là chiều rộng cấu kiện được liên kết (mm). Đối với tất cả các cấu kiện khác có liên kết một phần, hệ số chiết giảm có thể được lấy bằng: U = 0,85 (3.1.8) 2/ Diện tích thực Diện tích thực hay diện tích giảm yếu An của một thanh chịu kéo là tổng các tích số của bề dày t và bề rộng thực (bề rộng giảm yếu) nhỏ nhất wn của mỗi bộ phận cấu kiện. Nếu liên kết bằng bu lông, diện tích thực lớn nhất được tính với tất cả bu lông trên một hàng đơn (hình 3.1). Đôi khi, sự hạn chế về khoảng cách đòi hỏi phải bố trí nhiều hàng. Sự giảm diện tích mặt cắt ngang sẽ là ít nhất khi bố trí bu lông so le (hình 3.5). Bề rộng thực được xác định cho mỗi đường qua lỗ trải ngang cấu kiện theo đường ngang, đường chéo hoặc đường zic zắc. Cần xem xét mọi khả năng phá hoại có thể xảy ra và sử dụng trường hợp cho Sn nhỏ nhất. Bề rộng thực đối với một đường ngang qua lỗ được tính bằng bề rộng nguyên trừ đi tổng bề rộng các lỗ và cộng với giá trị s2/4g cho mỗi đường chéo, tức là: An = t.Wn (3.1.9) Trong đó : Wn – Chiều rộng thực nhỏ nhất của thanh xác định theo công thức sau: với wg là bề rộng nguyên của cấu kiện (mm), dhole là đường kính lỗ bu lông (mm), s là khoảng cách so le của hai lỗ bu lông liên tiếp giữa hai hàng (mm) và g là khoảng cách ngang giữa hai hàng lỗ (hình 3.4). Hình 3.4 Bố trí bu lông so le - Cách tính An trong một số trường hợp đặc biệt sau: Giới hạn độ mảnh. Yêu cầu về độ mảnh thường được đặt ra đối với các cấu kiện chịu nén. Tuy nhiên trong thực tế cũng cần giới hạn độ mảnh của cấu kiện chịu kéo. Nếu lực dọc trục trong cấu kiện chịu kéo bị xê dịch vị trí hoặc có một lực ngang nhỏ tác dụng, có thể xuất hiện dao động hoặc độ võng không mong muốn. Yêu cầu về độ mảnh được cho theo L/r, với L là chiều dài cấu kiện và r là bán