Các kết nối thép truyền lực giữa dầm, cột, giằng và các bộ phận kết cấu khác. Thiết kế của chúng ảnh hưởng đến hiệu suất kết cấu, chi phí chế tạo, tốc độ lắp đặt và bảo trì trong tương lai.

Hàn, bắt vít và tán đinh là ba phương pháp được thiết lập để nối kết cấu thép. Hiểu được ưu điểm và hạn chế của chúng giúp các nhóm dự án lựa chọn kết nối phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

1. Kết nối hàn

Kết nối hàn là gì?

Trong hàn hồ quang kết cấu thép, hồ quang điện tạo ra nhiệt làm nóng chảy cục bộ thép và vật liệu độn phù hợp. Kim loại nóng chảy đông cứng lại để tạo thành mối nối vĩnh viễn.

Ưu điểm của kết nối hàn

• Chi tiết kết nối nhỏ gọn: Hàn có thể nối trực tiếp các bộ phận và giảm nhu cầu sử dụng các tấm chồng lên nhau hoặc các ốc vít bổ sung.

• Không có lỗ bu lông ở mối hàn: Điều này tránh được việc giảm tiết diện lưới liên quan đến các lỗ bu lông, mặc dù các lỗ tiếp cận mối hàn và các chi tiết khác vẫn cần được xem xét.

• Chế tạo đa năng: Hàn thích hợp cho dầm lắp ghép, cột hộp, cốt thép và các cụm kết cấu phức tạp.

• Tiềm năng cho các mối nối kín: Các mối hàn liên tục, được thiết kế phù hợp có thể cung cấp các kết nối kín khi cần thiết.

• Sản xuất lặp đi lặp lại hiệu quả: Hàn cơ giới có thể cải thiện năng suất cho các cấu hình mối nối phù hợp.

Nhược điểm của kết nối hàn

• Ứng suất dư và biến dạng: Gia nhiệt và làm mát không đồng đều có thể gây co ngót và thay đổi hình dạng thành phần.

• Thay đổi gần mối hàn: Hàn làm thay đổi cấu trúc vi mô của thép liền kề. Hiệu ứng phụ thuộc vào vật liệu và chu trình nhiệt; độ giòn cục bộ là một rủi ro tiềm ẩn, không phải là kết quả tất yếu. 

• Yêu cầu về quy trình và kiểm tra: Kết quả đáng tin cậy phụ thuộc vào việc chuẩn bị mối nối, quy trình hàn, nhân viên có thẩm quyền và việc kiểm tra phù hợp.

• Điều kiện tại địa điểm đòi hỏi khắt khe hơn: Việc tiếp cận, bảo vệ thời tiết và vị trí làm việc có thể làm phức tạp quá trình hàn tại hiện trường.

• Khó tháo lắp: Các mối hàn thường phải cắt để tách hoặc thay thế.

Quy trình hàn thông thường

Hàn hồ quang kim loại bằng tay — MMA/SMAW

Còn được gọi là hàn que, quá trình này sử dụng điện cực được phủ vật liệu tiêu hao. Thiết bị di động và tính linh hoạt giúp nó hữu ích cho công việc tại hiện trường và khả năng truy cập bị hạn chế. Những hạn chế của nó bao gồm tốc độ lắng đọng tương đối thấp và thay đổi điện cực thường xuyên.

Hàn hồ quang chìm – SAW

SAW sử dụng một dây dẫn được cấp liên tục bên dưới một lớp chất trợ dung dạng hạt. Nó thường được cơ giới hóa và phù hợp với các mối hàn dài trong dầm, dầm và cụm tấm. Nó đòi hỏi các vị trí tiếp cận và hàn phù hợp.

Hàn hồ quang kim loại khí — GMAW/MIG/MAG

Quá trình này sử dụng dây dẫn liên tục và khí bảo vệ bên ngoài. Nó hỗ trợ quá trình chế tạo hiệu quả, nhưng gió lùa có thể làm xáo trộn tấm chắn khí. GMAW dây rắn không tạo ra xỉ từ thông liên quan đến hàn que hoặc SAW. MIG sử dụng khí bảo vệ trơ, trong khi MAG sử dụng khí hoặc hỗn hợp hoạt động. 

Không có quy trình hàn nào tự động tạo ra mối nối bền hơn quy trình hàn khác. Việc lựa chọn quy trình phải xem xét loại thép, độ dày, hình dạng mối nối, vị trí, các đặc tính cần thiết và quy trình hàn áp dụng. 

2. Kết nối bắt vít

Kết nối bắt vít là gì?

Các kết nối bắt vít nối các thành phần thép bằng cách sử dụng bu lông, đai ốc và vòng đệm nếu được chỉ định. Các bu lông đi qua các lỗ đã được chuẩn bị sẵn trên các cấu kiện hoặc tấm kết nối.

Độ bền của bu lông và điều kiện lắp đặt là những cân nhắc riêng biệt. Bu lông cường độ cao không tự động tạo ra mối nối được tải sẵn hoặc có khả năng chống trượt.

Các loại kết nối chính

Kết nối không được tải trước

Các kết nối này không dựa vào tải trước bu lông được chỉ định để chống trượt. Dưới tác dụng của tải trọng cắt, lực thường được truyền qua lực cắt của bu lông và lực tác động lên bề mặt lỗ. Chúng có thể được sử dụng trong các kết nối kết cấu cố định khi được thiết kế cho phép.

Kết nối được tải trước

Bu lông được siết chặt bằng quy trình xác định để tạo ra lực kẹp được kiểm soát. Khi một kết nối được thiết kế để chống trượt, ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc đã được chuẩn bị sẽ truyền lực cắt trong các điều kiện thiết kế đã chỉ định. Việc lắp đặt bu lông và chuẩn bị bề mặt đều rất quan trọng. 

Ưu điểm của kết nối bắt vít

• Lắp ráp tại hiện trường hiệu quả: Các bộ phận đã chuẩn bị sẵn có thể được kết nối mà không cần hàn tại hiện trường.

• Không có nhiệt hàn tại mối nối: Việc bắt bu lông tránh biến dạng hàn cục bộ trong quá trình lắp đặt.

• Tháo gỡ dễ dàng hơn: Các kết nối có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay đổi, bảo trì và thay thế linh kiện trong tương lai.

• Thích hợp cho xây dựng nhà tiền chế: Việc chế tạo xưởng và lắp ráp mặt bằng có thể được phối hợp thông qua các chi tiết kết nối được tiêu chuẩn hóa.

Nhược điểm của kết nối bắt vít

• Tiết diện lưới giảm: Các lỗ buộc loại bỏ vật liệu và phải được xem xét khi thiết kế kết nối.

• Các thành phần bổ sung: Tấm nối, tấm cuối hoặc góc có thể làm tăng việc sử dụng vật liệu và chế tạo.

• Yêu cầu lắp đặt: Căn chỉnh lỗ, dung sai và khả năng tiếp cận dụng cụ cần có sự phối hợp cẩn thận.

• Kiểm soát lắp đặt: Các kết nối được tải trước yêu cầu quy trình siết chặt và kiểm tra thích hợp.

• Các cân nhắc về chuyển động và độ mỏi: Rủi ro trượt, tải trọng theo chu kỳ và nới lỏng phụ thuộc vào thiết kế và lắp đặt mối nối; riêng bu lông cường độ cao không loại bỏ được chúng.

Kết nối bắt vít được sử dụng rộng rãi để lắp ráp trang web. Việc bố trí tải trước đặc biệt phù hợp khi chuyển động tương đối hoặc tải trọng động đòi hỏi phải có sự kiểm soát bổ sung.

3. Kết nối đinh tán

Kết nối đinh tán là gì?

Tán đinh kết cấu truyền thống sử dụng đinh tán được nung nóng chèn qua các lỗ thẳng hàng. Đầu nhô ra của nó được tạo thành đầu thứ hai, cố định các tấm được kết nối. Việc làm mát làm cho đinh tán co lại và kẹp chặt bộ phận.

Ưu điểm của kết nối đinh tán

• Chốt cơ khí vĩnh viễn: Các đầu được định hình cố định các bộ phận được kết nối.

• Tính chất dẻo: Vật liệu đinh tán phù hợp và các mối nối có chi tiết phù hợp có thể chịu được biến dạng.

• Giá trị phục hồi: Đinh tán có thể bảo tồn hình dáng ban đầu và phương pháp xây dựng của công trình thép lịch sử.

Nhược điểm của kết nối đinh tán

• Lắp đặt tốn nhiều công sức: Gia nhiệt, xử lý và tạo hình đinh tán đòi hỏi phải có thiết bị và kỹ năng chuyên môn.

• Trọng lượng và vật liệu bổ sung: Các đầu đinh tán, phần chồng lên nhau và các tấm kết nối bổ sung vào bộ phận lắp ráp.

• Các lỗ buộc chặt: Giống như bắt vít, tán đinh làm giảm tiết diện lưới của các bộ phận được kết nối.

• Khó tháo: Đinh tán thường phải được khoan hoặc cắt ra.

• Hạn chế sử dụng trong kết cấu thép mới: Hàn và bắt vít cường độ cao đã thay thế phần lớn phương pháp tán đinh nóng truyền thống.

Việc tán đinh vẫn còn phù hợp với một số dự án trùng tu cầu lịch sử nhất định, vì vậy việc mô tả nó là hoàn toàn lỗi thời sẽ không chính xác. 

So sánh các phương pháp kết nối thép

Hệ số	Kết nối hàn	Kết nối bắt vít	Kết nối đinh tán
Vai trò điển hình	Các bộ phận được chế tạo và các mối nối cố định	Lắp ráp trang web và các mối nối thành viên	Công trình thép lịch sử và phục hồi chuyên nghiệp
Lỗ buộc	Nói chung là không cần thiết	Yêu cầu	Yêu cầu
Mối quan tâm thực thi chính	Quy trình hàn, độ biến dạng và chất lượng mối hàn	Các bề mặt lắp, siết chặt và tiếp xúc khi thích hợp	Chất lượng hình thành đinh tán và tay nghề chuyên môn
Tháo gỡ	Thường phải cắt	Nói chung là dễ dàng hơn	Thường yêu cầu loại bỏ đinh tán mang tính phá hủy
Yêu cầu về vật liệu	Có thể giảm phần cứng kết nối	Có thể yêu cầu tấm và phần cứng khác	Thường yêu cầu chồng lên nhau hoặc tấm kết nối

Cách chọn kết nối thép phù hợp

Phương pháp kết nối tốt nhất phụ thuộc vào lực cần thiết, độ cứng, hiệu suất mỏi, cơ sở chế tạo, điều kiện địa điểm và nhu cầu bảo trì. Các mối nối hàn hoặc bắt vít không được phân loại là cứng hoặc mềm chỉ bằng phương pháp nối; chi tiết khớp hoàn chỉnh xác định hành vi của nó.

Để lập kế hoạch dự án, hãy so sánh tổng chi phí chế tạo, vận chuyển, lắp đặt, kiểm tra và thay đổi trong tương lai. Chi tiết kết nối cuối cùng phải tuân theo các thông số kỹ thuật của dự án và được kỹ sư kết cấu chịu trách nhiệm kiểm tra.

Lập kế hoạch một dự án kết cấu thép? Liên hệ với chúng tôi với bản vẽ và yêu cầu dự án của bạn để thảo luận về các tùy chọn chế tạo và kết nối.