Sức chịu tải của dầm trong hầu hết các trường hợp bị giới hạn bởi hiện tượng mất ổn định uốn của cánh chịu nén. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi đã đạt tới giới hạn chảy sau khi ứng suất trong cánh chịu nén được phân bố đều. Chỉ khi có liên kết ngang đủ mạnh thì ứng suất biên chịu được mới có thể tăng đến vùng gia cường của thép kết cấu. Khi đánh giá sức chịu tải phải xét đến sự phân bố ứng suất thực tế. Nếu giả thiết phân bố ứng suất tuyến tính thì sức chịu tải sẽ bị đánh giá thấp. Đặc biệt cần khảo sát các hiện tượng mất ổn định.
Khấu trừ lỗ trên các cấu kiện chịu uốn
Ở phía chịu kéo của dầm, sự suy yếu tiết diện tác dụng giống như ở các thanh chịu kéo (bị tách ở vùng tiết diện yếu). Trong ý nghĩa đó, khi bố trí lỗ hổng thì áp dụng cùng các quy tắc như đối với thanh chịu kéo.
Vì các lỗ được tán đinh ở phía chịu nén của dầm hầu như không ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất và biến dạng, còn khả năng chịu lực phần lớn bị giới hạn bởi hiện tượng oằn ngang của cánh chịu nén, nên mức độ suy yếu tiết diện ở các dầm có tiết diện đối xứng không ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng chịu được. Do đó, F. Hartmann đã sớm đặt câu hỏi liệu ở các dầm đối xứng có cần tính đến sự suy yếu do lỗ hay không. Đối với tiết diện không đối xứng (phía chịu nén mạnh hơn), phần trừ do lỗ ở phía chịu kéo của dầm có thể trở thành yếu tố quyết định đối với khả năng chịu tải. Khi chịu tải lặp đi lặp lại nhiều lần, các lỗ có ảnh hưởng đáng kể, ngay cả khi chúng nằm cách xa sợi biên.
Ngày nay, trong tính toán khả năng chịu lực của tiết diện khi uốn, người ta sử dụng tiết diện tổng và tiết diện hữu hiệu (bên cạnh các dạng phá hoại có tính chi phối khác). Phá hoại theo tiết diện tổng xảy ra ở phần tiết diện không bị suy yếu bởi lỗ. Phá hoại theo tiết diện hữu hiệu xảy ra theo tiết diện bị suy yếu bởi lỗ, và diện tích được xét là diện tích tổng trừ đi diện tích của tất cả các lỗ.
Đinh tán ở cổ và ở đầu
Khi uốn, ngoài ứng suất pháp còn xuất hiện cả ứng suất cắt; đối với dầm có cánh song song, chúng tỉ lệ với lực cắt ngang Q. Với các tiết diện ghép, các đinh tán liên kết các profile cán riêng lẻ tiếp nhận ứng suất cắt tại các bề mặt tiếp xúc giữa chúng. Sự phân bố của lực cắt T trong bụng dầm có dạng parabol, còn trong các cánh gần như là đường thẳng. Đối với dầm có cánh nặng, giá trị T trong bụng khác ít so với giá trị trung bình Tm, và giá trị này thường đủ cho đánh giá sơ bộ.
Hình. 1
Đinh tán ở đầu (hình 1b) cùng nhau phải chịu lực của thanh ngang TK < TH. Lực của thanh ngang giữa các tấm đai riêng lẻ còn nhỏ hơn nữa và trong trường hợp ở hình 1c được phân bố lên số lượng đinh tán lớn hơn.
Phần nối của dầm
Mối nối dọc của tấm đứng là cần thiết khi chiều cao tấm lớn hơn bề rộng các tấm có sẵn. Nó cũng có thể cần thiết xét về chế tạo và vận chuyển. Các bản ghép và đinh tán trong mối nối dọc của một dầm phải chịu cùng một lực TL mà tấm không nối sẽ có tại mối nối dọc. Do mức suy yếu bởi các lỗ trên bản ghép tương đương với ở tấm đứng, nên chiều dày bản ghép phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày của sườn.
Hình 2 - Mối nối dọc của tấm kim loại đứng
Mối nối ngang chịu tải uốn có thể được che phủ bằng các bản giằng theo nhiều cách khác nhau. Hình 3 trình bày nhiều khả năng nối tại xưởng, trong đó chỉ tấm đứng được nối tiếp. Nếu các bản giằng chỉ nằm giữa các thép góc cánh (hình 3a), sẽ còn lại các dải tấm đứng không được che phủ dưới các thép góc cánh. Khi đó thép góc và đinh tán trong vùng nối của tấm đứng bị chịu tải lớn hơn đáng kể, vì vậy loại mối nối này chỉ nên giới hạn cho các liên kết kém quan trọng với lực nhỏ. Luôn nên ưu tiên mối nối được che phủ hoàn toàn. Các bản giằng đặc biệt trên các cánh đứng của thép góc tiếp nhận ứng suất dọc của dải này, nhưng chỉ tham gia rất ít vào việc tiếp nhận lực cắt ngang. Hình 3c cho thấy một cải thiện nhất định ở điểm này. Khi lực lớn, cần hướng tới các bản giằng theo toàn bộ chiều cao của tấm đứng (hình 3d), điều này đòi hỏi phải ngắt các thép góc cánh. Các bản giằng có chiều dày bằng cánh thép góc; với thép góc có chiều dày lớn, dùng miếng đệm san phẳng để tiết kiệm phần chiều dày thừa của bản giằng.
Hình 3 - Mối nối ngang (xưởng) của tấm đứng
Mối nối tấm đứng chịu tải bởi lực cắt: Dầm tại vị trí mối nối chỉ chịu lực Q (M = 0). Đối với mối nối có khoảng cách đinh tán bằng nhau (hình 4), cần giả thiết rằng các lực trong các đinh tán NiQ xấp xỉ tương ứng với phần tử diện tích e*t của mối nối, tức là các lực trong đinh tán được phân bố giống như ứng suất cắt theo chiều cao của dầm, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Tuy nhiên, khi tính toán kích thước vẫn coi như phân bố đều cho tất cả n đinh tán NiQ = Q/n.
Hình 4 - Phần nối của tấm đứng với phân bố lực cắt
Hình 5 cho thấy mối nối xưởng của tấm kim loại đứng (các thép góc và thanh mảnh đã được nối tiếp ở chỗ khác).
Hình. 5
Uốn cùng với lực dọc: Các dầm đồng thời chịu mômen uốn và lực dọc được tính toán theo cùng các nguyên tắc và với giả thiết phân bố ứng suất tuyến tính. Khi trừ hoàn toàn các đinh tán ở cả hai cánh, tiết diện hữu dụng và vị trí của đường trung hòa không phụ thuộc vào trường hợp tải trọng, do đó ứng suất do M và N có thể cộng trực tiếp. Tải trọng tác dụng lên đinh tán trong mối nối được xác định bằng cách chồng các lực từ các trường hợp tải trọng bộ phận M, hoặc N.
Liên kết và tựa đỡ của thanh đỡ
Ở đây chỉ xem xét phương án phổ biến nhất trong số nhiều giải pháp. Khi đánh giá, luôn cần nghĩ đến các lực bổ sung thu được từ những sai khác so với các tính toán sức bền mang tính lý tưởng hóa nhiều hay ít.
Đỡ đơn giản của một dầm lên cánh trên của một cấu kiện xây dựng khác được áp dụng khi có sẵn chiều cao xây dựng lớn. Trường hợp thông thường là liên kết cứng bằng đinh tán hoặc bu lông. Ở hình 6 minh họa kiểu đỡ thông thường của các xà I liên tục trong xây dựng nhà, cũng tránh việc khoan vào cánh I hẹp. Trong trường hợp này, các dầm phải được bảo đảm chống lật cũng như chống lực ngang (hình 7 và 8). Trong xây dựng cầu, các dầm thường được ghép đôi (hình 9); đỡ cố định của dầm dọc trên dầm ngang (hình 10). Với các lực tựa lớn hơn, dầm phải được gia cường bằng thép góc lắp khít hoặc các profile hàn vào (hình 8 đến 10). Đối với dầm phức hợp, tải trọng phải được truyền vào sườn.
Hình 6 - Cố định xà gồ
Hình 7 và 8
Hình 9 và 10
Liên kết sườn: Ở hình 11 và 12 trình bày các liên kết dầm I, được dùng trong xây dựng như các liên kết tiêu chuẩn. Vết cắt được bo tròn lớn để tránh nứt vỡ sườn dầm. Sự kẹp đàn hồi của liên kết sườn mang lại một mức tăng nhất định về khả năng chịu lực. Các biến dạng được mô tả tuy nhiên là không nguy hiểm khi tải trọng chủ yếu tĩnh, như ở các cầu cũ.
Hình 11. - Các mối nối tiêu chuẩn của dầm I với mặt cắt đầu vuông góc
Hình 12 - Các liên kết tiêu chuẩn với đầu dầm chữ I đã cắt
Các liên kết cứng chống uốn được thực hiện khi cần một liên kết không thay đổi góc (dầm liên tục, các góc cứng của khung) hoặc khi có nguy cơ phá hoại do mỏi dưới tải trọng thay đổi, đặc biệt đối với cầu đường sắt. Có thể dùng các bản ghép liên tục, các liên kết cứng chống uốn. các góc cứng chống uốn, các góc khung.
- Thanh nối liên tục – Nếu cần liên kết các cấu kiện nằm trong cùng một mặt phẳng, thì nối cả hai cánh trên bằng lá nối hoặc đai nối liên tục. Nhờ vậy các đinh tán của mối nối được giải phóng khỏi lực kéo và tránh được các biến dạng lớn.
Hình 13 - Mối nối với thanh lam cho tính liên tục
Hình 14 - Liên kết các dầm dọc a) của cầu đường ô tô; b) của cầu đường sắt
- Các liên kết cứng đối với uốn – Kiểu liên kết này thường gặp ở các console đặc của lối đi bộ trên cầu đường bộ. Với các mômen nhỏ hơn, tấm đứng của chúng chỉ được nối hai đường hàn giữa các thép góc gia cường của dầm chính. Mômen đưa vào được phân bố qua các phần gia cường trên toàn bộ chiều cao dầm chính, tức là được đưa vào các cánh của nó như một ngẫu lực.
Hình 15 và 16
- Góc cứng uốn – Các góc cứng uốn giữa cột và dầm phụ trong xây dựng phải được thiết kế sao cho góc không thay đổi và không phát sinh bất kỳ vượt quá ứng suất cục bộ nào. Các liên kết tin cậy ở các góc hình thành, chẳng hạn theo hình 16 khi sử dụng bản thép cánh hoặc theo hình 100 khi mômen ngàm ở các bản cánh của cột được tiếp nhận như một ngẫu lực.
- Góc của khung – Ở các khung đa giác, đoạn nối có thể được thực hiện tại điểm gãy nếu chênh lệch góc nhỏ; các thanh được nối được gia cường bằng dây buộc như các thanh chịu kéo và chịu nén. Các lực quay tập trung tại vị trí gãy và phải được tiếp nhận bằng các thanh giằng cứng. Ở hình 101 cần chú ý đến sự khác nhau giữa cách bọc đoạn nối và giằng cứng, tùy theo chiều của mômen uốn và lực lệch hướng. Trong trường hợp lực lớn và chênh lệch góc đáng kể, tránh để đoạn nối đi vào phần khung cong mạnh. Các đoạn nối ở gần góc khung cho phép hình thức kết cấu tốt hơn và dễ thi công hơn. Các ví dụ với các đoạn nối vạn năng tán đinh ở cả hai phía của điểm gãy được thể hiện ở hình 102a và hình 102b, trong đó góc gồm phần hàn. Ở hình 103 cho thấy liên kết cứng chống uốn của cột khung với dầm ngang liên tục.
Hình 17a
Hình 17b
Các mối nối xiên: Ở các mối nối đã xét đến nay, các sườn đứng vuông góc với nhau. Tuy nhiên, nếu góc không vuông thì các thép góc (hình 18) được xoay lại; ở các góc rất nhọn dùng các miếng chêm hình nêm. Dùng các thanh giằng liên tục và các miếng đỡ trong từng trường hợp như ở các mối nối vuông. Các bản nối uốn cong (hình 19) có độ lệch tâm lớn và các lực bổ sung đáng kể. Việc chế tạo các mối nối xiên được thuận lợi hơn khi sử dụng các bản nối hàn sẵn (hình 20).
Hình. 18
Hình. 19
Hình. 20