Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12160:2017 (ISO 20332:2016) về Cần trục - Kiểm nghiệm khả năng chịu tải của kết cấu thép

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12160:2017

ISO 20332:2016

CẦN TRỤC - KIỂM NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU THÉP

Cranes - Proof of competence of steel structures

Lời nói đầu

TCVN 12160:2017 hoàn toàn tương đương với ISO 20332:2016.

TCVN 12160:2017 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 96 Cần cẩu biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CẦN TRỤC - KIỂM NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU THÉP

Cranes - Proof of competence of steel structures

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện, yêu cầu, phương pháp và giá trị các thông số chung để thực hiện kiểm nghiệm khả năng chịu tải của các kết cấu thép cần trục dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn này được sử dụng với các tải trọng và tổ hợp tải trọng quy định trong các phần của TCVN 11417 (ISO 8686).

Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu chung cho tất cả các loại cần trục. Các tiêu chuẩn khác có thể cung cấp các yêu cầu riêng đối với việc kiểm nghiệm các loại cần trục cụ thể.

Việc kiểm nghiệm bằng tính toán lý thuyết và/hoặc thử nghiệm có mục đích ngăn chặn các mối nguy hiểm liên quan đến hoạt động của kết cấu thông qua việc thiết lập các giới hạn về độ bền, ví dụ như giới hạn chảy, độ bền tĩnh, độ bền mỏi hoặc gãy giòn.

Theo TCVN 11417 (ISO 8686), có hai phương pháp tính toán kiểm nghiệm khả năng chịu tải của kết cấu: phương pháp trạng thái giới hạn - áp dụng các hệ số an toàn thành phần và phương pháp ứng suất cho phép - áp dụng hệ số an toàn chung. Phương pháp ứng suất được cho phép như một lựa chọn thay thế cho phương pháp trạng thái giới hạn quy định trong tiêu chuẩn này.

Các tính toán kiểm nghiệm khả năng chịu tải của các phụ trợ (ví dụ như tay vịn, bậc thang, lối đi, cabin) không thuộc phạm vi tiêu chuẩn này. Tuy nhiên phải tính đến ảnh hưởng của các phụ trợ này lên kết cấu chính.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 312-1:2007 (ISO 148-1:2006), Vật liệu kim loại - Thử va đập con lắc Charpy - Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 2245-2:1999 (ISO 286-2:1988) + ISO 286-2:1988/Cor 1:2006, Hệ thống ISO về dung sai và lắp ghép - Phần 2: Bảng cấp dung sai tiêu chuẩn và sai lệch giới hạn của lỗ và trục.

TCVN 4399:2008 (ISO 404:1992), Thép và sản phẩm thép - Yêu cầu kỹ thuật chung khi cung cấp.

TCVN 8242-1 (ISO 4306-1), Cần trục - Từ vựng - Phần 1: Quy định chung.

TCVN 8590-1:2010 (ISO 4301-1:1986), Cần trục - Phân loại theo chế độ làm việc - Phần 1: Yêu cầu chung.

TCVN 11417-1 (ISO 8686-1) Cần trục - Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng - Phần 1: Quy định chung.

TCVN 11417-2 (ISO 8686-2) Cần trục - Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng - Phần 2: Cần trục tự hành.

TCVN 11417-3 (ISO 8686-3) Cần trục - Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng - Phần 3: Cần trục tháp.

TCVN 11417-4 (ISO 8686-4) Cần trục - Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng - Phần 4: Cần trục tay cần.

TCVN 11417-5 (ISO 8686-5) Cần trục - Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng - Phần 5: Cầu trục và cổng trục.

ISO 273:1979, Fastener- Clearance holes for bolts and screws (Chi tiết ghép - Lỗ thông cho bu lông và vít).

ISO 898-1:2013, Mechanical properties of fastner made of carbon steel and alloy steel - Part 1: Bolts, screws and studs with specified property classes - Coarse thread and fine pitch thread (Cơ tính của chi tiết ghép bằng thép cacbon và thép hợp kim - Phần 1: Bu lông, vít và vít cấy với các nhóm đặc tính cho trước - Ren bước lớn và ren bước nhỏ).

ISO 4042:1999, Fastener- Electroplated coatings (Bu lông - Mạ điện).

ISO 5817:2014, Welding - Fusion-welded joints in steel, nikel, titanium and their alloys (beam welding excluded) - Quality levels for imperfections (Hàn - Các liên kết hàn nóng chảy ở thép, niken, titan và các hợp kim của chúng (trừ hàn chùm tia) - Mức chất lượng đối với khuyết tật).

ISO 7752:2013, Hot-rolled steel plates - Tollerance on dimensions and shape (Thép tấm cán nóng - Dung sai kích thước và hình dáng).

ISO 7788:1985, Steel - Surface finish of hot-rolled plates and wide flats - Delivery requirements (Thép - Hoàn thiện bề mặt của thép tấm và thép lá cán nóng - Yêu cầu khi cung cấp).

ISO 9013:2002, Thermal cutting - Classification of cuts - Geometrical product specification and quality tolerances (Cắt bằng nhiệt - Phân loại vết cắt - Đặc điểm hình học của sản phẩm và dung sai chất lượng).

ISO 9587:2007, Metallic and other inorganic coatings - Pretratments of iron or steel to reduce the risk of hydrogen ambrittlement (Mạ kim loại hoặc phủ vô cơ khác - Tiền xử lý gang hoặc thép giảm nguy cơ giòn hóa hydro).

ISO 121001), Safety of machinery - Basic concepts, general principles for design - Risk assessment and risk reduction (An toàn máy - Khái niệm cơ bản, nguyên tắc chung cho thiết kế - Đánh giá rủi ro và giảm thiểu rủi ro).

ISO 15330:1999, Festeners - Preloading test for the detection of hydrogen ambrittlement - Parallel bearing surface method (Mối ghép ren - Thử lực xiết để phát hiện giòn hóa hidro - Phương pháp bề mặt tựa song song).

ISO 17659:2002, Welding - Multilingualterms for weldedjoints with illustrations (Hàn - Thuật ngữ bằng nhiều ngôn ngữ cho các mối hàn với hình minh họa).

3  Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và chữ viết tắt

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong ISO 12100, ISO 17659 và TCVN 8242-1:2009 (ISO 4306-1:2007), Điều 6 và các thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu, chữ viết tắt sau (xem Bảng 1):

3.1

Cấp độ bền của thép (grade of steel)

Dấu hiệu để xác định độ bền của thép, thường định nghĩa bằng giới hạn chảy (f_y), hoặc đôi khi bằng giới hạn bền (f_u).

3.2

Chất lượng của thép (quality of Steel)

Dấu hiệu để xác định độ dai va đập và nhiệt độ thử của thép.

Bảng 1 - Ký hiệu và chữ viết tắt chính sử dụng trong tiêu chuẩn

4  Quy định chung

4.1  Nguyên tắc chung

Tính toán kiểm nghiệm khả năng chịu tải phải thực hiện cho các bộ phận, phần tử và chi tiết chịu tải hoặc số chu trình chịu tải có thể gây ra các hư hỏng, nứt gẫy hoặc biến dạng ảnh hưởng đến các tính năng của cần trục.

CHÚ THÍCH: Xem TCVN 11417 (ISO 8086) về thông tin áp dụng cho các loại cần trục khác nhau. Không phải tất cả các tính toán được áp dụng cho mọi loại cần trục.

4.2  Hồ sơ

Hồ sơ về tính toán kiểm nghiệm khả năng chịu tải phải bao gồm:

- Các giả thiết tính toán, bao gồm cả các mô hình tính;

- Các tải trọng và tổ hợp tải trọng áp dụng;

- Đặc tính của vật liệu;

- Các mức chất lượng hàn theo TCVN 7473 (ISO 5817);

- Đặc tính của các chi tiết ghép;

- Trạng thái giới hạn liên quan;

- Kết quả tính toán kiểm nghiệm và thử nghiệm khi có thể áp dụng.

4.3  Phương pháp thay thế

Khả năng chịu tải có thể được thực hiện bằng thực nghiệm để bổ sung hoặc phối hợp với tính toán. Độ lớn và sự phân bố tải trọng trong quá trình thử phải tương ứng với tải trọng tính toán và tổ hợp tải trọng cho các trạng thái giới hạn thích hợp.

Ngoài ra, cũng có thể sử dụng các phương pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm tiên tiến đã được công nhận, đáp ứng các nguyên tắc quy định trong tiêu chuẩn này.

4.4  Vật liệu của các phần tử kết cấu

Khuyến nghị các loại thép phù hợp với các tiêu chuẩn sau:

- ISO 630;

- TCVN 11233-1 (ISO 6930-1);

- TCVN 11229-1 (ISO 4950-1);

- TCVN 11234-1 (ISO 4951-1), TCVN 11234-2 (ISO 4951-2) và TCVN 11234-3 (ISO 4951-3).

Khi sử dụng các loại thép khác phải biết các giá trị cụ thể của f_u, f_y. Các đặc tính cơ học khác và thành phần hóa học phải được chỉ rõ theo TCVN 4399 (ISO 404). Ngoài ra các điều kiện sau đây phải được đáp ứng:

- Giá trị tính toán của f_y phải được giới hạn đến giá trị f_u/1,05 đối với các vật liệu có f_u/f_y < 1,05;

- Độ dãn dài phần trăm tại điểm phá hủy A ≥ 7% trên chiều dài cữ đo L₀ = 5,65 x (với S₀ là diện tích mặt cắt ngang nguyên bản);

- Tính hàn được hoặc không hàn được của vật liệu phải được chỉ rõ và nếu định hàn thì tính hàn phải được chứng minh;

- Nếu vật liệu định sử dụng để tạo hình nguội thì các thông số liên quan phải được chỉ rõ.

Để có thể sử dụng các giá trị danh nghĩa của chiều dày tấm khi tính toán kiểm nghiệm thì giới hạn dung sai dưới của tấm phải bằng hoặc tốt hơn so với cấp A trong ISO 7452:2013. Ngược lại, giá trị nhỏ nhất của chiều dày tấm theo thực tế phải được sử dụng.

Khi kiểm tra cấp độ bền và chất lượng của thép (xem các tiêu chuẩn tham khảo) sử dụng cho các phần tử chịu kéo, tổng các hệ số độ dai va đập q_i phải được xem xét. Bảng 2 cung cấp các hệ số q_i với các ảnh hưởng khác nhau. Năng lượng/nhiệt độ yêu cầu khi thử va đập phụ thuộc vào Ʃq_i cho trong Bảng 3 và phải được nhà sản xuất thép chỉ rõ trên cơ sở TCVN 312-1 (ISO 148-1).

Bảng 2 - Hệ số độ dai va đập

Bảng 3 - Độ dai va đập yêu cầu tương ứng với Ʃq_i

4.5  Mối ghép bu lông

4.5.1  Vật liệu bu lông

Đối với các mối ghép bu lông, phải sử dụng bu lông với các cấp bền 4.6, 5.6, 8.8, 10.9 hoặc 12.9 theo ISO 898-1. Bảng 4 thể hiện các giá trị danh nghĩa liên quan đến độ bền đối với các cấp này.

Bảng 4 - Cấp độ bền của bu lông

Khi cần thiết, người thiết kế có thể yêu cầu nhà cung cấp bu lông chứng minh sự phù hợp với các yêu cầu chống lại sự giòn hóa hyđrô đối với các cấp bền 10.9 và 12.9. Các yêu cầu kỹ thuật có thể tìm thấy tại ISO 15330, ISO 4042 và ISO 9587.

4.5.2  Quy định chung

Trong tiêu chuẩn này, các mối ghép bu lông là mối ghép giữa các phần tử hoặc/và bộ phận, sử dụng các bu lông như sau:

- Khi chịu rung động, chịu tải trọng đảo chiều hoặc tải trọng thay đổi, hoặc khi các mặt ghép bị trượt có thể gây ra các thay đổi hình học có hại thì các bu lông phải được siết đủ để ép các bề mặt ghép với nhau:

- Có thể siết chặt các mối ghép bu lông khác;

- Các bề mặt ghép phải đảm bảo chống xoay (ví dụ: bằng cách sử dụng nhiều bu lông).

4.5.3  Mối ghép chịu cắt và dập

Trong tiêu chuẩn này, các mối ghép chịu cắt và dập là các mối ghép chịu tải trọng vuông góc với đường tâm bu lông, gây ra ứng suất cắt và ứng suất dập trên bu lông, ứng suất dập tại các chi tiết ghép, áp dụng như sau:

- Khe hở giữa thân bu lông và lỗ ghép phải tuân thủ TCVN 2245-2 (ISO 286-2), dung sai h13 và H11 hoặc nhỏ hơn, khi các bu lông chịu lực đảo chiều hoặc khi các mặt ghép bị trượt có thể gây ra các thay đổi hình học có hại;

- Trong một số trường hợp, khe hở lớn hơn có thể được sử dụng;

- Thi tính toán dập chỉ xem xét phần không có ren trên thân bu lông;

- Không có yêu cầu đặc biệt về việc xử lý các bề mặt tiếp xúc.

4.5.4  Mối ghép giữ bằng ma sát (mối ghép chống trượt bằng ma sát)

Trong tiêu chuẩn này, các mối ghép giữ bằng ma sát là các mối ghép mà tải trọng được truyền bằng ma sát giữa các bề mặt ghép, áp dụng như sau:

- Phải sử dụng các bu lông cường độ cao, cấp bền 8.8, 10.9, hoặc 12.9 theo ISO 898-1;

- Phải kiểm soát lực siết các bu lông để đạt giá trị đã định;

- Trạng thái bề mặt ghép phải được chỉ định và được xem xét một cách phù hợp;

- Ngoài các lỗ tiêu chuẩn, cho phép sử dụng lỗ lớn hơn hoặc lỗ hạt đậu.

4.5.5  Mối ghép chịu kéo

Trong tiêu chuẩn này, các mối ghép chịu kéo là các mối ghép chịu lực dọc đường tâm bu lông và gây ra ứng suất dọc trục bu lông, áp dụng như sau:

- Các mối ghép siết chặt phải sử dụng bu lông cường độ cao, cấp bền 8.8, 10.9, hoặc 12.9 theo ISO 898-1, được kiểm soát lực siết đạt giá trị đã định;

- Phải xem xét sự gia tăng lực kéo bu lông do sự lệch tâm (hiệu ứng đòn bẩy) gây ra bởi hình dáng mối ghép;

- Khi đánh giá độ bền mỏi phải xem xét sự thay đổi của lực kéo do các đặc điểm kết cấu của mối ghép, chẳng hạn độ cứng của các chi tiết ghép và độ lệch tâm.

CHÚ THÍCH: Các bu lông chịu kéo không siết được xem xét như các phần tử kết cấu.

4.6  Mối ghép chốt

Trong tiêu chuẩn này, các mối ghép chốt là các mối ghép không hạn chế chi tiết ghép quay tương đối với nhau. Chỉ xem xét các chốt tròn.

Các yêu cầu áp dụng cho mối ghép chốt được thiết kế để chịu tải trọng, tức là không áp dụng cho các liên kết chỉ để giúp việc lắp đặt được thuận tiện.

Khe hở giữa chốt và lỗ phải tuân thủ TCVN 2245-2 (ISO 286-2), dung sai h13 và H13, hoặc nhỏ hơn. Trong trường hợp tải trọng có chiều thay đổi, phải áp dụng khe hở nhỏ hơn.

Tất cả các chốt phải có các phương tiện để ngăn chặn chốt dịch chuyển khỏi lỗ.

Khi các mối ghép chốt cho phép quay khi chịu tải thì phương tiện giữ chốt phải ngăn chặn chốt dịch chuyển dọc trục.

Để hạn chế biến dạng cục bộ ngoài mặt phẳng ghép (bị vồng lên) phải tính đến độ cứng của các chi tiết tham gia mối ghép.

4.7  Mối ghép hàn

Trong tiêu chuẩn này, mối ghép hàn là các mối ghép giữa các phần tử và/hoặc bộ phận, sử dụng quá trình hàn nóng chảy và các chi tiết ghép có độ dày 3 mm hoặc lớn hơn.

Các thuật ngữ về mối ghép hàn được quy định tại ISO 17659.

Có thể áp dụng các mức chất lượng hàn theo TCVN 7472 (ISO 5817) và phải sử dụng các phương pháp thử không phá hủy thích hợp để kiểm tra sự phù hợp các yêu cầu về mức chất lượng.

Nói chung, đối với thép có giới hạn bền nhỏ hơn 400 N/mm², mức chất lượng C được chấp nhận cho các mối ghép hàn có yêu cầu kiểm nghiệm khả năng chịu tải tĩnh.

Chỉ có thể áp dụng mức chất lượng D cho các liên kết khi hư hỏng cục bộ tại mối hàn không gây ra hư hỏng kết cấu hoặc rơi tải nâng.

Mặc dù sự phân bố ứng suất dọc chiều dài mối hàn có thể không đều nhưng trong đa số các trường hợp sự phân bố này có thể được coi là đều. Tuy nhiên, các kiểu phân bố khác có thể được giả định khi thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về sự cân bằng và tính liên tục, cũng như phản ánh đúng các đặc tính biến dạng của mối ghép.

Ứng suất dư và ứng suất không tham gia truyền lực không cần phải xem xét khi tính toán mối hàn chịu tải trọng tĩnh. Điều này áp dụng cụ thể cho ứng suất pháp song song với trục của mối hàn, đã được hấp thụ bởi vật liệu cơ sở.

Khi độ bền kéo tĩnh của mối hàn giáp mối được thử nghiệm thì thử nghiệm này có thể tiến hành mà không cần loại bỏ các gia cố của mối hàn.

4.8  Kiểm nghiệm khả năng chịu tải của các thành phần kết cấu và các mối ghép

Đối tượng cần kiểm nghiệm phải chứng minh được rằng ứng suất hoặc tải trọng tính toán S_d không vượt quá sức bền tính toán R_d:

S_d ≤ R_d                                                                                                                                                                                                                                           (1)

Ứng suất hoặc tải trọng tính toán S_d phải được xác định bằng cách áp dụng các tải trọng, tổ hợp tải trọng thích hợp và các hệ số an toàn thành phần quy định trong TCVN 11417 (ISO 8686).

Trong các điều khoản sau đây, sức bền tính toán R_d được thể hiện bằng ứng suất giới hạn f_d hoặc lực giới hạn F_d.

Đối với các phần tử và mối ghép phải thực hiện các kiểm nghiệm về khả năng chịu tải sau đây:

- Kiểm nghiệm độ bền tĩnh theo Điều 5;

- Kiểm nghiệm độ bền mỏi theo Điều 6;

- Kiểm nghiệm độ ổn định đàn hồi theo Điều 7.

5  Kiểm nghiệm độ bền tĩnh

5.1  Quy định chung

Kiểm nghiệm độ bền tĩnh bằng tính toán có mục đích ngăn chặn biến dạng quá mức do sự chảy dẻo của vật liệu, sự trượt của các mối ghép giữ bằng ma sát, sự mất ổn định đàn hồi và sự nứt gãy của các phần tử kết cấu và mối ghép. Các hệ số động cho trong TCVN 11417 (ISO 8686) được sử dụng để tính tải trọng tĩnh tương đương nhằm mô phỏng các ảnh hưởng động.

Sử dụng lý thuyết dẻo để tính toán khả năng tải giới hạn không được chấp nhận trong các điều khoản của tiêu chuẩn này.

Việc kiểm nghiệm phải thực hiện cho các phần tử kết cấu và các mối ghép khi xem xét các ảnh hưởng bất lợi nhất ở các tổ hợp tải trọng A, B hoặc C từ các phần tương ứng của TCVN 11417 (ISO 8686) và so sánh với sức bền tính toán quy định tại 5.2 dưới đây.

Tiêu chuẩn này chỉ xem xét các ứng suất danh nghĩa, tức là các ứng suất tính theo lý thuyết đàn hồi; các ảnh hưởng của tập trung ứng suất cục bộ không được tính đến. Khi sử dụng các ứng suất tính theo các phương pháp khác để kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn này, chẳng hạn như phương pháp phần tử hữu hạn, có thể đưa đến những kết quả thận trọng quá mức.

5.2  Tải trọng giới hạn và ứng suất giới hạn khi tính toán

5.2.1  Quy định chung

Ứng suất giới hạn khi tính toán được xác định theo:

ƒ_Rd = ƒ(ƒ_k, γ_R)                                                                                                             (2)

Tải trọng giới hạn khi tính toán được xác định theo:

F_Rd = ƒ(F_k, γ_R)                                                                                                            (3)

Trong đó:

f_k, F_k các giá trị đặc trưng (hoặc danh nghĩa);

γ_R hệ số dự trữ bền tổng thể: γ_R = γ_m x γ_s

γ_m hệ số dự trữ bền chung: γ_m = 1,1

γ_s hệ số dự trữ bền riêng, áp dụng cho các bộ phận cụ thể của kết cấu, lấy theo các điều khoản dưới đây.

ƒ_Rd và F_Rd tương đương với R/γm trong TCVN 11417-1 (ISO 8686-1), Hình A.2.

5.2.2  Ứng suất giới hạn khi tính toán trong các phần tử kết cấu

Ứng suất giới hạn khi tính toán f_Rd, sử dụng để kiểm nghiệm các phần tử kết cấu, phải được xác định theo:

 đối với ứng suất pháp                                                                            (4)

 đối với ứng suất tiếp                                                                           (5)

với γ_Rm = γ_m x γ_sm

Trong đó:

f_yk là giới hạn chảy nhỏ nhất của vật liệu;

γ_sm là hệ số dự trữ bền riêng đối với vật liệu:

- Đối với vật liệu không chế tạo bằng phương pháp cán: γ_sm = 0,95;

- Đối với vật liệu cán (ví dụ: thép tấm, thép hình):

γ_sm = 0,95 đối với ứng suất trong mặt phẳng cán;

γ_sm = 0,95 đối với ứng suất nén và ứng suất tiếp;

- Đối với ứng suất kéo, vuông góc với mặt phẳng cán (xem Hình 1):

γ_sm = 1,0 đối với tấm có chiều dày nhỏ hơn 15 mm hoặc vật liệu có phần diện tích bị giảm nhiều hơn 20%;

γ_sm = 1,16 đối với vật liệu có phần diện tích bị giảm từ 20% đến 10%;

γ_sm = 1,50 đối với vật liệu có phần diện tích bị giảm dưới 10%.

Vật liệu phải có khả năng chịu tải vuông góc và không có các khuyết tật ở cấu trúc lớp.

CHÚ THÍCH: Phần diện tích bị giảm là hiệu số của diện tích tiết diện ban đầu của chi tiết thử và diện tích nhỏ nhất của tiết diện đo được sau khi bị tách rời hoàn toàn, tính bằng phần trăm so với diện tích gốc.

CHÚ DẪN

1 hướng của mặt phẳng cán

2 hướng của ứng suất/tải trọng

Hình 1 - Tải trọng kéo vuông góc với mặt phẳng cán

5.2.3  Tải trọng giới hạn khi tính toán đối với mối ghép bu lông

5.2.3.1  Mối ghép chịu cắt và dập

5.2.3.1.1  Quy định chung

Độ bền của mối ghép phải lấy giá trị nhỏ nhất trong các tải trọng giới hạn của các phần tử ghép riêng biệt.

Ngoài khả năng chịu dập của các phần tử ghép, các trạng thái giới hạn khác phải được kiểm tra tại các tiết diện có ứng suất lớn nhất bằng cách sử dụng hệ số dự trữ bền của vật liệu cơ sở.

Chỉ phần không có ren trên thân bu lông mới được coi là hiệu dụng trong tính toán độ bền dập.

5.2.3.1.2  Bu lông bị cắt

Lực cắt giới hạn khi tính toán F_v,Rd cho mỗi bu lông tại mỗi mặt phẳng cắt được xác định như sau:

Khi ren không nằm trong mặt phẳng cắt:

                                                                                                       (6)

Khi ren nằm trong mặt phẳng cắt:

                                                                                                       (7)

Hoặc đơn giản hơn:

(8)

với γ_Rb= γ_a x γ_sb

Trong đó:

f_yb giới hạn chảy (giá trị danh nghĩa) của vật liệu bu lông (xem Bảng 4);

A diện tích mặt cắt ngang thân bu lông tại mặt phẳng cắt;

A_s diện tích tính ứng suất của bu lông (xem ISO 898-1);

γ_sb hệ số dự trữ bền riêng của mối ghép bu lông;

γ_sb = 1,0 đối với các mối ghép có nhiều mặt phẳng cắt;

γ_sb = 1,3 đối với các mối ghép có một mặt phẳng cắt;

Xem Phụ lục A về lực cắt giới hạn khi tính toán đối với kích thước đã chọn của bu lông.

5.2.3.1.3  Bu lông và các chi tiết ghép bị dập

Lực gây dập giới hạn khi tính toán F_b,Rd cho mỗi bu lông và chi tiết ghép được xác định theo:

                                                                                                       (9)

với γ_Rb = γ_m x γ_sb

Trong đó:

f_y giới hạn chảy (giá trị nhỏ nhất) của vật liệu cơ sở;

d đường kính thân bu lông;

t chiều dày phần tiếp xúc của chi tiết ghép với phần không có ren của thân bu lông;

γ_sb hệ số dự trữ bền riêng của mối ghép bu lông:

γ_sb = 0,7 đối với các mối ghép có nhiều mặt phẳng cắt;

γ_sb = 0,9 đối với các mối ghép có một mặt phẳng cắt;

Với các yêu cầu đối với tấm ghép:

e₁ ≥ 1,5 x d₀                                                                                                              (10)

e₂  ≥ 1,5 x d₀

p₁ ≥ 3,0 x d₀

p₂ ≥ 3,0 x d₀

Trong đó:

p_1, p_2, e_1, e₂ - các khoảng cách (xem Hình 2).

d₀ đường kính lỗ.

CHÚ THÍCH: Xem thêm công thức (11)

Hình 2 - Minh họa cho các thông số trong công thức (10)

5.2.3.1.4  Chi tiết ghép bị kéo

Lực kéo giới hạn khi tính toán F_cs,Rd tại tiết diện được xác định theo giới hạn chảy:

                                                                                                      (11)

với γ_Rc = γ_m x γ_st

Trong đó:

A_n diện tích mặt cắt ngang thực tế của chi tiết tại vị trí lỗ lắp bu lông hoặc chốt (xem Hình 2);

γ_st hệ số dự trữ bền riêng đối với kéo tại tiết diện có lỗ:

γ_st = 1,2

5.2.3.2  Mối ghép chống trượt bằng ma sát

Độ bền của mối ghép phải được xác định bằng cách tính tổng các lực giới hạn của các phần tử riêng biệt.

Đối với các mối ghép chống trượt bằng ma sát, lực trượt giới hạn khi tính toán F_s,Rd cho mỗi bu lông tại mỗi bề mặt ma sát phải tính theo:

                                                                                              (12)

với γ_Rs = γ_m x γ_ss

Trong đó:

µ hệ số ma sát:

µ = 0,50 đối với các bề mặt được đánh bóng bằng phun cát hoặc hạt kim loại, không có nhấp nhô;

µ = 0,50 đối với các bề mặt được xử lý phun cát hoặc hạt kim loại và được phủ nhôm;

µ = 0,50 đối với các bề mặt được xử lý phun cát hoặc hạt kim loại và được phủ bằng sản phẩm nguồn gốc kẽm;

µ = 0,40 đối với các bề mặt được xử lý phun cát hoặc hạt kim loại và được phủ bằng silicat- kẽm-kiềm với độ dày từ 50 µm đến 80 µm;

µ = 0,40 đối với các bề mặt được mạ nhúng nóng và xử lý phun làm sạch;

µ = 0,30 đối với các bề mặt được đánh bóng bằng chổi sợi hoặc đèn xì;

µ = 0,25 đối với các bề mặt được làm sạch và xử lý ăn mòn bề mặt;

µ = 0,20 đối với các bề mặt được làm sạch rỉ sét, dầu và bụi bẩn (yêu cầu tối thiểu);

F_p,d lực siết tính toán;

F_cr phần lực ép bị giảm do ngoại lực kéo tại mối ghép (với giả thuyết thiên về an toàn thì không cần tính hệ số tỉ lệ về độ cứng, xem 5.2.3.3, khi đó có thể lấy F_cr = F_e).

γ_ss hệ số dự trữ bền riêng đối với các mối ghép chống trượt bằng ma sát (xem Bảng 5).

Lực siết áp dụng phải lớn hơn hoặc bằng lực siết tính toán.

Bảng 5 - Hệ số dự trữ bền riêng γ_ss cho các mối ghép chống trượt bằng ma sát

Xem Phụ lục B về việc sử dụng các lực trượt giới hạn khi tính toán, ví dụ, với hệ số dự trữ bền riêng cho mối ghép chống trượt bằng ma sát γ_ss = 1,14 và lực siết tính toán theo

F_p,d = 0,7 x ƒ_yb x A_S

Trong đó:

ƒ_yb giới hạn chảy (danh nghĩa) của vật liệu bu lông (xem Bảng 4);

A_s diện tích dùng để tính ứng suất của tiết diện bu lông.

5.2.3.3  Mối ghép chịu kéo

Điều khoản này quy định trạng thái giới hạn cho bu lông trong mối ghép. Các chi tiết ghép và mối hàn của chúng phải được tính toán theo các tiêu chuẩn chung về phần tử kết cấu, khi lực siết trong bu lông được xem xét như một thành phần tải trọng.

Tính toán kiểm nghiệm phải thực hiện đối với các bu lông chịu ngoại lực lớn nhất trong mối ghép, có tính đến ảnh hưởng của phân bố tải trọng trong nhóm bu lông và các ảnh hưởng đòn bẫy.

Tính toán kiểm nghiệm của các mối ghép chịu lực siết phải xét đến độ cứng của bu lông và các chi tiết ghép (xem Hình 3).

CHÚ DẪN

Hình 3 - Biểu đồ lực - độ giãn dài

Ngoài ra, cách tác động của ngoại lực nén, phụ thuộc vào kết cấu mối ghép, phải được tính đến (xem Hình 4).

CHÚ THÍCH: Để đơn giản hóa, giả thiết rằng tải trọng đối xứng và bu lông nằm giữa

Hình 4 - Ngoại lực nén tác động theo các cách khác nhau

Hai giới hạn tính toán độc lập phải được xem xét đối với ngoại lực kéo bu lông:

a) Lực tổng hợp lên bu lông do ngoại lực kéo và lực siết tính toán phải không vượt quá sức bền của bu lông, xem công thức (13);

b) Mối ghép không bị tách hở do ngoại lực kéo và lực siết tính toán, xem công thức (14).

Đối với các mối ghép chịu kéo, cần chứng tỏ rằng lực kéo tính toán trong bu lông F_e,t không vượt quá các giá trị giới hạn khi tính toán F_tq,Rd và F_t2,Rd (xem thêm 5.3.2).

Lực kéo giới hạn khi tính toán cho mỗi bu lông theo điều kiện bền được xác định từ công thức:

                                                                                          (13)

với , γ_Rb = γ_m x γ_sb và F_y = ƒ_yb x A_s

Trong đó:

F_y lực phá hỏng tính theo điều kiện bền;

F_p,max giá trị lớn nhất của lực siết tính toán;

f_yb giới hạn chảy của vật liệu bu lông;

A_s diện tích tính ứng suất của tiết diện bu lông;

Φ hệ số tỉ lệ độ cứng của mối ghép, xem thêm Phụ lục G;

γ_sb hệ số dự trữ bền riêng của mối ghép chịu kéo: γ_sb = 0,91.

Hệ số phụ thuộc cách tác động của lực α­_L có thể được tính đến khi xác định Φ (xem Phụ lục G).

Lực kéo giới hạn khi tính toán cho mỗi bu lông theo điều kiện không tách hở mối ghép được xác định từ công thức:

F_t2,Rd =                                                                                                   (14)

Trong đó F_p,min là lực siết tính toán nhỏ nhất.

Sự phân tán của lực siết được tính đến thông qua các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất như sau:

F_p,max = (1+s) x F_pn                                                                                                    (15)

F_p,min = (1-s) x F_pn                                                                                                      (16)

Trong đó:

F_pn lực siết danh nghĩa, giá trị mục tiêu của lực siết:

F_p,max giá trị lớn nhất của lực siết tính toán;

F_p,min giá trị nhỏ nhất của lực siết tinh toán:

s độ phân tán của lực siết:

s = 0,23 khi lực siết được kiểm soát, góc quay và mô men siết được đo kiểm;

s = 0,09 khi lực siết được kiểm soát, lực trong bu lông và độ giãn dài được đo kiểm.

Khi sử dụng nhiều bu lông giống nhau và chịu tải như nhau trong mối ghép thì độ phân tán dùng để tính F_p,min trong công thức (16) có thể lấy theo:

- Khi lực siết được kiểm soát, góc xoay hoặc lực siết được giới hạn:

- Khi lực siết được kiểm soát, lực trong bu lông hoặc lực siết được giới hạn:

với n là số bu lông giống nhau và chịu tải như nhau.

Giá trị của lực siết danh nghĩa F_pn phải được giới hạn theo Bảng 6. Trái lại, mọi giá trị của lực siết có thể được chọn tùy theo mối ghép cụ thể.

Bảng 6 - Mức lớn nhất của lực siết danh nghĩa tùy theo phương pháp siết

Xem Phụ lục B về mô men siết.

Phải xem xét cách tác dụng của ngoại lực nén khi tính toán các lực phụ trong bu lông (Hình 4). Ở dạng tổng quát, lực phụ trong bu lông được tính như sau:

∆F_p = Φ x (F_e,t + F_e,c)                                                                                                 (17)

Trong đó:

∆F_p lực phụ trong bu lông;

Φ hệ số tỉ lệ về độ cứng;

F_e,t ngoại lực kéo;

F_e,c ngoại lực nén.

Phải bỏ qua ngoại lực nén F_e,c (tức là lấy giá trị bằng 0 trong công thức trên) trong các trường hợp khi lực này không ảnh hưởng tới vùng chịu nén phía dưới bu lông, như minh hoạ tại Hình 4 a).

Lực phụ trong bu lông ∆F_p phải sử dụng trong kiểm nghiệm độ bền mỏi của bu lông như quy định tại Điều 6.

5.2.3.4  Mối ghép chịu dập dưới tác dụng của tổ hợp lực cắt và lực kéo

Khi các bu lông trong mối ghép chịu dập chịu tác động của cả lực cắt và lực kéo, các lực này phải được hạn chế như sau:

                                                                                            (18)

Trong đó:

F_t,Sd ngoại lực kéo cho mỗi bu lông;

F_t,Rd lực kéo giới hạn khi tính toán cho mỗi bu lông (xem 5.2.3.3);

F_v,Sd lực cắt tính toán cho mỗi bu lông tại mỗi mặt phẳng cắt;

F_v,Rd lực cắt giới hạn khi tính toán cho mỗi bu lông tại mỗi mặt phẳng cắt (xem 5.2.3.1.2);

5.2.4  Lực giới hạn khi tính toán trong mối ghép chốt

5.2.4.1  Mô men uốn giới hạn khi tính toán đối với chốt

Mô men uốn giới hạn khi tính toán xác định theo:

                                                                                                      (19)

với γ_Rd = γ_{m x} γ_sp  

Trong đó:

W_el mô men chống uốn của tiết diện chốt;

f_yp giới hạn chảy (giá trị nhỏ nhất) của vật liệu chốt;

γ_sp hệ số dự trữ bền riêng đối với mô men uốn trong mối ghép chốt: γ_sp = 1,0.

5.2.4.2  Lực cắt giới hạn khi tính toán đối với chốt

Lực cắt giới hạn khi tính toán đối với chốt cho mỗi mặt phẳng cắt xác định theo:

                                                                                                (20)

với γ_Rp = γ_{m x} γ_sp  

Trong đó:

u_l hệ số hình dạng chốt:

 đối với các chốt đặc;

 đối với các chốt rỗng,

trong đó: ,

D_i đường kính trong của chốt,

D_o đường kính ngoài của chốt;

A diện tích tiết diện chốt;

γ_sp hệ số dự trữ bền riêng đối với cắt trong mối ghép chốt:

γ_sp = 1,0 đối với các chốt có nhiều mặt phẳng cắt;

γ_sp = 1,3 đối với các chốt có một mặt phẳng cắt.

5.2.4.3  Lực gãy dập giới hạn khi tính toán đối với chốt và các chi tiết ghép

Lực gây dập giới hạn khi tính toán xác định theo:

                                                                                                (21)

với γ_Rp = γ_{m x} γ_sp  

Trong đó:

α = min

f_y giới hạn chảy (giá trị nhỏ nhất) của vật liệu các chi tiết ghép;

f_yp giới hạn chảy (giá trị nhỏ nhất) của vật liệu chốt;

d đường kính chốt;

t giá trị nhỏ hơn trong các chiều dày của các chi tiết ghép, tức là 2t₁ hoặc t₂ như minh hoạ trên Hình 5;

γ_sp hệ số dự trữ bền riêng đối với lực gây dập trong các mối ghép chốt:

γ_sp = 0,6 khi các chi tiết ghép trong mối ghép có nhiều mặt phẳng cắt, được giữ chặt với nhau, chẳng hạn bằng các đai ốc ngoài tại đầu các chốt;

γ_sp = 0,9 đối với các mối ghép có một mặt phẳng cắt hoặc khi các chi tiết ghép trong mối ghép có nhiều mặt phẳng cắt không được giữ cùng nhau;

Khi có sự dịch chuyển đáng kể giữa chốt và bề mặt lỗ, cần xem xét hạn chế lực gây dập giới hạn khi tính toán để giảm mòn.

Khi tải trọng có chiều thay đổi, cần xem xét để tránh bị biến dạng dẻo.

Hình 5 - Mối ghép chốt

5.2.4.4  Lực cắt giới hạn khi tính toán đối với các chi tiết ghép

Lực giới hạn khi tính toán xác định theo:

                                                                                                       (22)

Với:

A_S =2 x s x t đối với kết cấu đối xứng như Hình 6 a) và c);

A_S = (s₁ + s₂) x t đối với kết cấu như Hình 6 b) [cả s₁ và s₂ đều phải lớn hơn c];

Trong đó:

f_y giới hạn chảy (giá trị nhỏ nhất) của vật liệu các chi tiết ghép:

A_S diện tích chịu cắt của tiết diện bị xé;

s, s₁, s₂ các chiều dài cắt của các tiết diện bị xé - đối với kết cấu trên Hình 6, tiết diện bị xé là A-A và các chiều dài cắt được xác định theo quy tắc 40° như đã chỉ ra trên hình vẽ;

t chiều dày của phần tử.

Hình 6 - Các chi tiết ghép

5.2.4.5  Lực kéo giới hạn khi tính toán đối với các chi tiết ghép

Việc tính toán phải dựa trên ứng suất kéo lớn nhất tại thớ trong của lỗ lắp chốt. Sự tập trung ứng suất do hình dạng hình học của lỗ phải được tính đến.

Lực giới hạn khi tính toán đối với kết cấu trên Hình 6 a) được xác định như sau:

                                                                                                (23)

Với:

Trong đó:

f_y giới hạn chảy của vật liệu chi tiết ghép đang xem xét;

f_u giới hạn bền của vật liệu chi tiết ghép đang xem xét;

γ_spt là hệ số dự trữ bền riêng đối với lực kéo tại các tiết diện có lỗ;

k hệ số tập trung ứng suất, là tỉ số giữa ứng suất lớn nhất và ứng suất trung bình trong tiết diện. Đối với kết cấu có tỷ lệ hình học 1 ≤ c/b ≤ 2 và 0,5 ≤ b/d ≤ 1 [xem Hình 6 a)] hệ số tập trung ứng suất k có thể lấy theo Bảng 7. Khe hở giữa lỗ và chốt được giả định là tuân thủ ISO 286-2:2010, kiểu lắp H11 /h11 hoặc khít hơn. Trong trường hợp khe hở lớn hơn phải sử dụng hệ số k với giá trị lớn hơn.

Hình 7 - Hệ số tập trung ứng suất cho kiểu lắp chốt cụ thể

CHÚ THÍCH: Các tải trọng kéo, các tiết diện chịu kéo hoặc các tải trọng đổi chiều chỉ cần tính đến trong điều khoản này. Tuy nhiên, trạng thái tải trọng đổi chiều có thể cần xem xét bổ sung khi các tải trọng này có thể có vai trò quan trọng hoặc làm yếu đi chức năng của mối ghép (xem 5.2.4.3).

5.2.5  Ứng suất giới hạn khi tính toán trong mối ghép hàn

Ứng suất giới hạn khi tính toán f_w,Rd sử dụng trong tính toán mối ghép hàn phụ thuộc vào:

- Vật liệu cơ sở và vật liệu hàn được sử dụng;

- Loại mối hàn;

- Loại ứng suất, được đánh giá theo Phụ lục C;

- Chất lượng hàn.

Tùy theo các công thức cho trong Bảng 7, ứng suất giới hạn khi tính toán trong mối hàn phải xác định theo công thức (24) hoặc (25):

                                                                                                     (24)

                                                                                                     (25)

Trong đó:

α_w hệ số lấy theo Bảng 7, phụ thuộc loại mối hàn, loại ứng suất và vật liệu;

f_yk giá trị nhỏ nhất giới hạn chảy của vật liệu chi tiết hàn đang xem xét; giới hạn bền của vật liệu hàn.

Các chi tiết liên kết của cấu kiện xây dựng, chẳng hạn như mối ghép giữa bích và vách/bụng dầm có thể được tính toán mà không cần quan tâm đến ứng suất kéo hay nén trong các chi tiết song song với trục của mối hàn tạo sự cân bằng với các lực cắt phát sinh giữa các chi tiết.