Loại liên kết: Liên kết bản mã bụng dầm
Hệ đơn vị: Hệ mét
Thiết kế theo: AS 4100
Kiểm tra: Bu lông, kim loại cơ bản, mối hàn
Vật liệu bản mã: Grade 300
Bu lông: M20 Grade 8.8
Mối hàn: Hàn góc với kích thước 8 mm và cường độ 490 MPa
Ví dụ lấy từ: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chương 9.4.1.3
Hình học
Dầm UB 406×178×60 được liên kết với cột UC 254×254×89 bằng bản mã bụng dầm có kích thước 280×90 mm. Bốn bu lông M20 grade 8.8 được sử dụng với bước 70 mm. Giả thiết rằng dầm không thể xoay và không bị tải bởi mô men uốn quanh trục yếu hơn do các dầm phân phối và sàn.
Tải trọng tác dụng
Dầm chịu lực cắt. Để thiên về an toàn, khi thiết kế bu lông, lực cắt nên được xét tại vị trí mặt cột để nhóm bu lông cũng chịu mô men uốn – chọn lực tại vị trí 130 mm. Khi thiết kế bản mã liên kết đơn và mối hàn, lực cắt nên được đặt tại vị trí trọng tâm của nhóm bu lông tại bụng dầm – chọn lực tại bu lông.
Kết quả tính toán thủ công
Kết quả của B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chương 9.4.1.3 được sử dụng làm tính toán thủ công. Lực cắt lớn nhất tác dụng lên bu lông là 85,9 kN. Giá trị này gần với khả năng chịu cắt của bu lông – 92,6 kN. Khả năng chịu lực của bản mã – khả năng chịu ép mặt và xé rách thiết kế cao gần gấp đôi. Khả năng chịu cắt của bản bụng là 322,6 kN, gần với tải trọng tác dụng. Mối hàn góc có kích thước 8 mm và cấp 490 MPa; khả năng chịu lực là \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \), lực trên một đơn vị chiều dài theo phương đứng là 0,84 kN/mm nên dự trữ là 37 %. Mắt xích yếu nhất là bu lông. Với giả thiết phân phối lực tuyến tính trong bu lông, lực tác dụng lớn nhất có thể đạt 270 kN.
Kết quả của IDEA StatiCa
Vị trí tải trọng quyết định cho liên kết này là tại mặt cột. Nhóm bu lông chịu lực cắt và mô men uốn. Tại tải trọng cắt 270 kN, bu lông chịu lực lớn nhất chịu lực cắt, V*f = 92,1 kN, và lực kéo nhỏ, N*f = 13,5 kN, do biến dạng của bản mã liên kết đơn một phía. Tại tải trọng 270 kN này, bu lông chịu lực lớn nhất có hệ số sử dụng 99,9 % và liên kết đạt khả năng chịu lực tối đa. Vị trí lực cắt này cũng quyết định đối với khả năng chịu lực của thép bản mã liên kết đơn; biến dạng 5% đạt được tại tải trọng 305 kN.
Vị trí tải trọng cắt tại vị trí bu lông là quyết định cho thiết kế mối hàn. Khả năng chịu lực của bản mã liên kết đơn nhỏ hơn so với mối hàn và bị phá hoại tại tải trọng cắt tác dụng 335 kN. Biến dạng dẻo của bản mã liên kết đơn được thể hiện trên hình dạng biến dạng trong hình dưới đây.
Đối với các liên kết chịu lực cắt lớn, điều quan trọng là phải lựa chọn cẩn thận vị trí đặt tải trọng cắt vì các cấu kiện khác nhau cũng chịu mô men uốn đáng kể do lực cắt này tác dụng trên cánh tay đòn.
So sánh
Khả năng chịu cắt của liên kết bản mã bụng dầm được xác định là 270 kN trong cả tính toán thủ công và IDEA StatiCa do khả năng chịu cắt của bu lông. Cả tính toán thủ công và phần mềm đều cho thấy khả năng chịu lực và dạng phá hoại giống nhau.