Giáo trình Kết cấu xây dựng (Nghề: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kết cấu xây dựng (Nghề: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp) được biên soạn với mong muốn phục vụ kịp thời cho công tác giảng dạy và học tập của giáo viên cũng như học sinh chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. Giáo trình kết cấu gồm 9 chương và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: gỗ dùng trong xây dựng; tính toán các cấu kiện cơ bản; liên kết kết cấu gỗ; thép xây dựng và liên kết trong kết cấu thép; đại cương về kết cấu bê tông cốt thép;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kết cấu xây dựng (Nghề: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH KẾT CẤU XÂY DỰNG MÔN HỌC: KẾT CẤU XÂY DỰNG NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-... ngày ..... tháng.... năm 20 …….. của ……………… Ninh Bình,năm 2018 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu cho môn học Kết cấu xây dựng, tôi biên soạn cuốn giáo trình “Kết cấu xây dựng”, với mong muốn phục vụ kịp thời cho công tác giảng dạy và học tập của giáo viên cũng như học sinh chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. “Giáo trình kết cấu xây dựng” gồm 9 chương: Chương 1: Gỗ dùng trong xây dựng; Chương 2: Tính toán các cấu kiện cơ bản; Chương 3: Liên kết kết cấu gỗ; Chương 4: Thép xây dựng và liên kết trong kết cấu thép; Chương 5: Đại cương về kết cấu bê tông cốt thép; Chương 6: Tính toán cấu kiện chịu uốn theo cường độ; Chương 7: Tính toán cấu kiện chịu nén và chịu kéo; Chương 8: Sàn bê tông cốt thép; Chương 9: Tính toán một số bộ phận công trình. Khi soạn thảo giáo trình này tôi nhận được nhiều sự động viên và góp ý của các đồng chí giáo viên khoa Xây dựng - trường Cao đẳng cơ điện xây dựng Việt xô. Tôi xin cám ơn về sự giúp đỡ to lớn này và hy vọng nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách ngày càng hoàn thiện hơn. Tam Điệp, ngày 25 thang 3 năm 2018 Biên soạn Phạm Văn Mạnh 2
MỤC LỤC CHƯƠNG I : GỖ DÙNG TRONG XÂY DỰNG ................................................. 8 1. Ưu khuyết điển của gỗ ....................................................................................... 8 1.1 Ưu điểm ........................................................................................................ 8 1.2 Khuyết điểm ................................................................................................. 8 2. Phạm vi sử dụng của kết cấu gỗ ........................................................................ 9 3. Tính chất cơ học của gỗ ..................................................................................... 9 3.1. Tính chất chịu nén ....................................................................................... 9 3.2. Tính chất chịu kéo ....................................................................................... 9 3.3. Tính chất chịu uốn ....................................................................................... 9 3.4. Tính chất chịu ép mặt ................................................................................ 10 3.5. Tính chất chịu trượt ................................................................................... 10 4. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của gỗ .................................................. 11 4.1. Độ ẩm ........................................................................................................ 11 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................ 11 4.3. Ảnh hưởng của khuyết tật ......................................................................... 11 4.4 Thời gian chịu tải........................................................................................ 11 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CƠ BẢN ............................................ 13 1. Nguyên lý tính toán theo trạng thái giới hạn ................................................... 13 1.1 Khái niệm về trạng thái giới hạn ................................................................ 13 1.2 Các trạng thái giới hạn ............................................................................... 13 2. Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm ............................................................. 13 2.1 Khái niệm ................................................................................................... 13 2.2 Điều kiện cường độ .................................................................................... 13 2.3 Các bài toán ................................................................................................ 14 3. Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm ............................................................. 15 3.1 Tính toán về cường độ và tính toán kiểm tra ổn định, độ mảnh. ............... 15 3.1.1. Kiểm tra về cường độ ............................................................................. 15 3.2.2. Kiểm tra về ổn định ................................................................................ 15 3.2 Bài toán thiết kế. ......................................................................................... 17 4. Tính toán cấu kiện chịu uốn ............................................................................. 18 4.1 Uốn phẳng .................................................................................................. 18 4.1.1. Điều kiện về cường độ ........................................................................... 18 4.2.2. Kiểm tra về độ võng (độ cứng) .............................................................. 19 3
4.2.3. Các bài toán ............................................................................................ 20 4.2 Uốn xiên ..................................................................................................... 21 4.2.1. Kiểm tra về cường độ ............................................................................. 21 4.2.2. Kiểm tra về độ võng ............................................................................... 21 4.2.3 Các bài toán ............................................................................................. 22 CHƯƠNG III: LIÊN KẾT KẾT CẤU GỖ ......................................................... 23 1. Khái niệm về liên kết trong kết cấu gỗ ........................................................... 23 1.1 Mục đích của liên kết ................................................................................. 23 1.2 Yêu cầu của liên kết ................................................................................... 23 1.3 Phân loại liên kết ........................................................................................ 23 2. Liên kết mộng .................................................................................................. 24 2.1 Cấu tạo (mộng đuôi kèo 1 răng) ................................................................. 24 2.2. Tính toán liên kết mộng ............................................................................ 24 2.2.1 Bài toán kiểm tra ..................................................................................... 24 2.2.2 Bài toán thiết kế ....................................................................................... 26 CHƯƠNG IV: THÉP XÂY DỰNG VÀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP ................................................................................................................................. 28 1. Thép dùng trong xây dựng ............................................................................... 28 1.1 Ưu, khuyết điểm của kết cấu thép .............................................................. 28 1.2 Phân loại thép - cường độ của thép ............................................................ 28 2. Liên kết hàn...................................................................................................... 29 2.1 Khái niệm ................................................................................................... 29 2.2 Các phương pháp hàn ................................................................................. 29 2.3 Phân loại đường hàn ................................................................................... 30 2.4 Cường độ tính toán của đường hàn ............................................................ 31 2.5 Tính toán liên kết hàn. ................................................................................ 32 2.5.1. Tính toán liên kết hàn đối đầu chịu lực dọc trục .................................... 32 2.5.2. Tính liên kết hàn đối đầu thẳng góc chịu mô men uốn và lực cắt ......... 33 2.5.3. Tính liên kết hàn góc .............................................................................. 34 2.5.4 Tính liên kết hàn thép góc vào thép bản ................................................. 37 CHƯƠNG V: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP .............. 40 1. Khái niệm về kết cấu bê tông cốt thép............................................................. 40 1.1. Sự làm việc của bê tông cốt thép............................................................... 40 1.2. Ưu, nhược điểm của kết cấu bê tông cốt thép ........................................... 41 2. Tính chất cơ học của bê tông cốt thép. ............................................................ 41 2.1. Tính chất cơ học của bê tông..................................................................... 41 4
2.1.1. Cường độ của bê tông............................................................................. 41 2.1.2. Biến dạng của bê tông ............................................................................ 43 2.2. Cốt thép dùng trong bê tông cốt thép ........................................................ 45 2.2.1. Tính chất cơ học của cốt thép ................................................................. 45 2.2.2. Phân loại cốt thép ................................................................................... 45 2.2.3. Neo, uốn, nối cốt thép. ........................................................................... 46 3. Bê tông cốt thép ............................................................................................... 47 3.1. Lực dính giữa bê tông và cốt thép ............................................................. 47 3.2. Sự ảnh hưởng của cốt thép đến sự co ngót và từ biến của bê tông cốt thép. .......................................................................................................................... 48 3.3. Lớp bê tông bảo vệ cốt thép ...................................................................... 48 4. Nguyên lý tính toán kết cấu bê tông cốt thép. ................................................. 49 4.1. Khái niệm về trạng thái giới hạn. .............................................................. 49 4.2. Các trạng thái giới hạn .............................................................................. 49 4.3. Tải trọng tác dụng vào kết cấu .................................................................. 50 4.4. Cường độ của vật liệu................................................................................ 50 4.5. Nguyên lý tính toán kết cấu BTCT ........................................................... 51 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN THEO CƯỜNG ĐỘ.. 52 1. Đặc điểm cấu tạo của cấu kiện chịu uốn. ........................................................ 52 1.1. Cấu tạo của bản ......................................................................................... 52 1.1.1. Hình dáng ............................................................................................... 52 1.1.2 Cốt thép ................................................................................................... 52 1.2. Cấu tạo của dầm ........................................................................................ 53 1.2.1. Hình dạng ............................................................................................... 53 1.2.2. Cốt thép .................................................................................................. 53 2. Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép ............................................................. 54 2.1 Thí nghiệm dầm chịu uốn........................................................................... 54 2.2. Các giai đoạn trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc của dầm chịu uốn .................................................................................................... 55 3. Tính toán về cường độ của cấu kiện chịu uốn trên tiết diện thẳng góc ........... 57 3.1. Cấu kiện có tiết diện hình chữ nhật đặt cốt đơn ........................................ 57 3.1.1. Sơ đồ ứng suất và công thức cơ bản ....................................................... 57 3.1.2 Công thức cơ bản tính toán theo bảng ..................................................... 58 3.1.3 Các bài toán ............................................................................................. 59 3.1.4 Bài tập ví dụ ............................................................................................ 61 3.2 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt thép kép ......................................... 62 3.2.1. Sơ đồ ứng suất và công thức cơ bản....................................................... 62 3.2.2. Công thức tính toán theo bảng ............................................................... 62 5
3.2.3. Các bài toán ............................................................................................ 63 3.2.4. Bài tập ví dụ ........................................................................................... 64 4. Cấu kiện có mặt cắt chữ T ............................................................................... 65 4.1. Cấu tạo mặt cắt chữ T................................................................................ 65 4.2. Các trường hợp làm việc của mặt cắt chữ T ............................................. 66 4.3. Sơ đồ ứng suất và công thức cơ bản của cấu kiện chịu uốn mặt cắt chữ T .......................................................................................................................... 66 4.4 Các bài toán ................................................................................................ 68 5. Tính toán về cường độ trên tiết diện nghiêng .................................................. 69 5.1. Điều kiện tính toán trên tiết diện nghiêng ................................................. 69 5.2. Sơ đồ ứng suất và công thức cơ bản .......................................................... 69 5.3. Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất ............................................................. 71 5.4. Bài toán tính cốt đai khi không có cốt xiên ............................................... 71 CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU NÉN VÀ CHỊU KÉO ........ 73 1. Cấu kiện chịu nén đúng tâm ............................................................................ 73 1.1. Đặc điểm cấu tạo ....................................................................................... 73 1.2. Công thức tính ........................................................................................... 74 1.3. Bài toán thường gặp .................................................................................. 75 2. Cấu kiện chịu nén lệch tâm .............................................................................. 76 2.1. Đặc điểm cấu tạo ....................................................................................... 76 2.2. Sự làm việc của cấu kiện chịu nén lệch tâm ............................................. 78 2.3. Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn ................................................. 80 2.4. Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm bé ................................................... 83 3. Bài tập ứng dụng .............................................................................................. 83 CHƯƠNG VIII: SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ................................................... 86 1. Bản bê tông cốt thép hình chữ nhật một nhịp .................................................. 86 1.1. Tính toán bản làm việc một chiều ............................................................. 86 1.1.1 Sơ đồ tính ................................................................................................ 86 1.1.2. Cách tính toán bản .................................................................................. 87 1.2. Tính toán bản kê bốn cạnh ........................................................................ 87 1.2.1. Sơ đồ tính ............................................................................................... 87 1.2.2. Cách tính khi tải trọng phân bố đều trên mặt bản .................................. 88 2. Sàn bê tông cốt thép đúc toàn khối có bản làm việc một chiều....................... 90 2.1. Sơ đồ kết cấu sàn ....................................................................................... 90 2.2. Tính toán.................................................................................................... 90 2.2.1 Nguyên tắc bố trí hoạt tải bất lợi ............................................................. 90 6
2.2.2. Tính toán và cấu tạo bản ........................................................................ 91 2.2.3 Tính toán dầm phụ ................................................................................... 94 2.2.4. Tính toán dầm chính ............................................................................... 95 3. Sàn bê tông cốt thép đúc toàn khối có bản làm việc hai chiều ........................ 97 3.1. Sơ đồ kết cấu sàn ....................................................................................... 97 3.2. Tính toán mặt sàn ...................................................................................... 98 3.2.1. Công thức tổng quát để xác định nội lực cho bản .................................. 98 3.2.2. Các trường hợp cụ thể ............................................................................ 99 3.3 Tính toán dầm ........................................................................................... 100 CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN MỘT SỐ BỘ PHẬN CÔNG TRÌNH .............. 103 1. Tính toán cầu thang........................................................................................ 103 1.1. Khái niệm ................................................................................................ 103 1.2. Tính toán các bộ phận của cầu thang thường .......................................... 103 2. Lanh tô, ô văng, máng nước .......................................................................... 106 2.1. Lanh tô ..................................................................................................... 106 2.1.1. Khái niệm ............................................................................................. 106 2.1.2. Tính toán............................................................................................... 106 2.2. Ô văng ..................................................................................................... 108 2.3. Máng nước............................................................................................... 109 2.3.1. Khái niệm ............................................................................................. 109 2.3.2. Tải trọng ............................................................................................... 109 2.3.3. Biện pháp chống lật cho máng nước .................................................... 109 7
CHƯƠNG I : GỖ DÙNG TRONG XÂY DỰNG Mục tiêu - Hiểu được các ưu, nhược điểm của vật liệu gỗ; các nhân tố ảnh hưởng tới cường độ của gỗ. - Biết các tính chất cơ học của gỗ từ đó giúp cho việc lựa chọn các phương án sử dụng kết cấu gỗ được hợp lý.. Nội dung chính 1. Ưu khuyết điển của gỗ 1.1 Ưu điểm - Là loại vật liệu nhẹ, cường độ khá cao   Hệ số C dùng để so sánh chất lượng của VLXD về mặt chịu lực C  R ( Thép : C = 3,7.10-4 ; BT : C = 2,4.10-3 ; Gỗ xoan C = 4,3.10-4 ) - Phổ biến và mang tính địa phương - Dễ gia công chế tạo - Có tính thẩm mỹ và cách âm tốt 1.2 Khuyết điểm - Có tính không đồng nhất và không đẳng hướng Không phù hợp với giả thuyết thường dùng trong khi tính toán -> phải lấy hệ số an toàn cao. - Có nhiều khuyết tật -> Làm giảm khả năng chịu lực. - Hay bị nấm mốc, mối mọt, mục … - Là VL cháy được -> ở nơi cao hơn 50oC không sử dụng được - Là VL ngậm nước -> Phụ thuộc nhiều vào độ ẩm, dễ bị cong vênh, lỏng mối nối Ở các nước tiên tiến gỗ dùng phổ biến dưới dạng gỗ dán. Gỗ dán khó cháy, năm 1971 tại Pháp làm thí nghiệm dầm chịu tải trọng ở nhiệt độ 900oC thì thấy dầm được chịu được 1 giờ, còn dầm bằng thép thì chịu được trong vòng 10 phút. 8
2. Phạm vi sử dụng của kết cấu gỗ - Trong nhà dân dụng - Trong nhà xưởng sản xuất nông nghiệp - Trong giao thông vận tải - Trong thủy lợi 3. Tính chất cơ học của gỗ 3.1. Tính chất chịu nén - Khuyết tật của gỗ ít ảnh hưởng tới khả năng chịu nén. - Khả năng chịu nén dọc thớ tốt hơn nén dọc thớ. - Cường độ nén dọc thớ là chỉ tiêu ổn định nhất trong các chỉ tiêu về cường độ. Và nó được dùng để đánh giá và phân loại gỗ. 3.2. Tính chất chịu kéo - Chịu kéo tốt hơn chịu nén. Ví dụ: với gỗ dổi thì CĐCK > CĐCN 3-4 KN/cm2 . - Khi chịu kéo gỗ chịu ảnh hưởng nhiều của khuyết tật nên phải rất cẩn thận khi sử dụng gỗ chịu kéo. - Gỗ chịu kéo dọc thớ tốt hơn nhiều so với kéo ngang thớ.(Gấp từ 15-20 lần) 3.3. Tính chất chịu uốn - Chịu độ chịu uốn nằm khoảng giữa CĐCK và CĐCN. Và ảnh hưởng của khuyết tật cũng nằm khoảng giữa so với chịu kéo và chịu nén. 9
- Tăng tải trọng lên, ứng suất vùng nén phân bố theo đường cong và tăng chậm, trong vùng nén xuất hiện biến dạng dẻo. Ứng suất kéo vẫn tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần như đường thẳng. Trục trung hòa lui xuống phía dưới. Mẫu bắt đầu bị phá hoại khi ở vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, các thớ nén bị gẫy. - Ứng suất thớ biên (max) tính theo công thức sức bền vật liệu không còn M đúng cho VL gỗ. Trị số  u  chỉ là cường độ quy ước. W - Trong tính toán kết cấu vẫn dùng công thức sức bền vật liệu cho đơn giản nhưng phải thêm hệ số điều chỉnh vào W để xét hiện tượng nói trên. - Mô đun đàn hồi của gỗ chịu kéo và chịu uốn xấp xỉ bằng nhau. ( Gỗ thông Liên Xô cũ có E  103 KN / cm2 ) 3.4. Tính chất chịu ép mặt - Đ/n : Ép mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc nhau. Ứng suất ép mặt xuất hiện ở mặt tiếp xúc. N - Cường độ ép mặt được xác định  em  . Tùy phương của lực tác dụng Fem đối với thớ gỗ mà phân ra : ép mặt dọc thớ, ép mặt ngang thớ, ép mặt xiên thớ. 3.5. Tính chất chịu trượt - Tùy theo vị trí lực tác dụng đối với thớ gỗ mà ta phân ra trượt dọc thớ, trượt ngang thớ, trượt xiên thớ. P - Cường độ trượt tính toán là cường độ trung bình  tb  Ftr Biểu đồ phân bố ứng suất trượt 10
4. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của gỗ 4.1. Độ ẩm - Độ ẩm càng lớn thì cường độ của gỗ càng giảm - Ở Việt Nam độ ẩm cân bằng của gỗ tiêu chuẩn là 18%. - Cường độ của gỗ có độ ẩm W là  W khi tính toán được đưa về cường độ ở độ ẩm tiêu chuẩn  18 : 18   W 1    W  18 Trong đó:  : Hệ số điều chỉnh độ ẩm (Gỗ chịu kéo dọc thớ  =0,015; nén dọc thớ  =0,05 ; nén ngang thớ  = 0,035 ; uốn  =0,04 ; trượt  = 0,03) 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ - Khi nhiệt độ tăng, cường độ của gỗ giảm. Thí nghiệm khi tăng nhiệt độ từ 20oC lên 500C thì : CĐCK giảm 15- 20% ; CĐCN giảm từ 20-40% ; CĐT giảm từ 15-20%. - Khi nhiệt độ tăng là gỗ dãn nở gây ứng suất cục bộ lớn, nhất là chỗ mắt gỗ hoặc khuyết tật, có thể làm đứt các thớ gỗ gây giảm cường độ. Do đó kết cấu gỗ không được sử dụng ở nơi nhiệt độ cao hơn 500C. 4.3. Ảnh hưởng của khuyết tật - Do mắt gỗ : Thớ gỗ bị lượn, vẹo, cấu tạo gỗ biến đổi đột ngột, ứng suất cục bộ tập trung lớn, ứng suất gỗ bị giảm. - Do thớ vặn, khe nứt - Ngoài ra còn có các khuyết tật khác như sâu mọt, gỗ bị đục, thủng lỗ... 4.4 Thời gian chịu tải Đường cong chịu lực lâu dài của gỗ thông Liên Xô (cũ) 11
Người ta đã tiến hành thí nghiệm trên máy trong phòng thí nghiệm một loại mẩu gỗ giống nhau chịu tải trọng khác nhau, thời gian chịu tải tác dụng lên mẫu thử khác nhau, kết quả vẽ được biểu đồ quan hệ giữa cường độ phá hoại và thời gian tác dụng của tải trọng cho đến lúc mẫu gỗ bị phá hoại (mẫu gỗ thông chịu uốn). Trị số ứng suất lớn nhất lâu dài ( ld ) gỗ không bị phá hoại. Nếu ứng suất thực tế   ld - gỗ sẽ bị phá hoại. Nếu   ld - gỗ không bị phá hoại trong quá trình sử dụng. Trong tính toán dùng ld - làm giới hạn chịu lực. 12
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CƠ BẢN Mục tiêu - Hiểu được khái niệm về trạng thái giới hạn, các trạng thái giới hạn và phương pháp tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn. - Biết cách tính toán kết cấu gỗ chịu kéọ nén đúng tấm, kết cấu gỗ chịu uốn theo cường độ và độ cứng. Nội dung chính 1. Nguyên lý tính toán theo trạng thái giới hạn 1.1 Khái niệm về trạng thái giới hạn Là trạng thái mà kết cấu bắt đầu không thể tiếp tục sử dụng được nữa. 1.2 Các trạng thái giới hạn a. TTGH 1: (Về cường độ và ổn định) - Điều kiện N ≤ S Trong đó: N là nội lực gây ra bởi tải trọng tính toán trong cấu kiện S là khả năng chịu lực, là nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được, nó phụ thuộc vào đặc trưng hình học và các đặc trưng cơ học của vật liệu. b. TTGH 2: (Về biến dạng) - Điều kiện      Trong đó:  là biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong trường hợp bất lợi nhất.    là biến dạng cho phép (quy định trong tiêu chuẩn TCXD 44 - 70) 2. Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm 2.1 Khái niệm - Cấu kiện chịu kéo đúng tâm khi lực nằm dọc theo trục cấu kiện. Khi cấu kiện có các chỗ giảm yếu thì hiện tượng kéo đúng tâm xảy ra khi các chỗ giảm yếu này đối xứng với trục cấu kiện. 2.2 Điều kiện cường độ N - Công thức:    Rk Fth Trong đó: N: Lực kéo tính toán 13
Rk : Cường độ chịu kéo của gỗ. Fth: Tiết diện ngang (TDN) thu hẹp Fth = F - Fgy (F: tiết diện ngang, Fgy : diện tích giảm yếu) Nếu khoảng cách giữa các tiết diện giảm yếu nhỏ hơn hay bằng 20 cm coi như trên cùng 1 tiết diện ngang để tránh sự phá hoại của gỗ theo đường gãy khúc. N N N N Fth Fgy < 20 cm N N Cấu kiện chịu kéo đúng tâm 2.3 Các bài toán Bài toán 1: Kiểm tra điều kiện làm việc của thanh gỗ tiết diện vuông có cạnh a = 16 cm, chịu lực kéo đúng tâm với lực kéo N = 120 kN (kéo dọc thớ). thanh có tiết diện giảm yếu đối xứng như hình dưới. Biết gỗ thuộc nhóm 7, độ ẩm W = 18%. 3 cm N N 16 cm Giải Tra bảng gỗ nhóm 7, độ ẩm W = 18% ta được R k  0,8kN / cm2 Fth  16(16  3x2)  160cm2 120   0,75 kN/cm2 < R k  0,8kN / cm2 0,8.160 Vậy thanh đủ khả năng chịu lực Bài toán 2: Cho thanh chịu lực kéo dọc thớ đúng tâm có tiết diện vuông như hình vẽ. Em hãy tính toán khả năng chịu lực kéo của thanh. Biết gỗ nhóm 7, độ ẩm W = 18%. 14
5cm 5cm N N 30cm 15cm Giải Tra bảng gỗ nhóm 7, độ ẩm W = 18% ta được R k  0,8kN / cm2 Do khoảng cách của những tiết diện giảm yếu trên chiều dọc trục là 15cm < 20cm nên để an toàn ta coi như giảm yếu trên cùng 1 tiết diện. Fth  30(30  5x2  5x2)  300cm2 N = 0,8 x 300= 240 kN 3. Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm (Chương trình khung có sự nhầm lẫn: Trích từ chương trình khung 3.1. Tính toán về cường độ và tính toán kiểm tra về độ ổn định, độ mảnh. 3.2. Bài toán thiết kế. 3.1. 1. Kiểm tra về độ ổn định. 3.2. 2. Kiểm tra về độ mảnh.) 3.1 Tính toán về cường độ và tính toán kiểm tra ổn định, độ mảnh. 3.1.1. Kiểm tra về cường độ N   Rn Fth - Trong đó: N: Lực nén tính toán Fth : Tiết diện ngang của cấu kiện bị thu hẹp Rn : Cường độ chịu nén của gỗ 3.2.2. Kiểm tra về ổn định N   Rn .Ftt Trong đó: Ftt : Diện tích tính toán tiết diện ngang của thanh, được lấy như sau: 15
- Nếu chỗ giảm yếu không ở mép cấu kiện thì Fgy ≤ 25% Fng (tiết diện nguyên) thì Ftt = Fng ; khi Fgy > 25%Fng thì Ftt = 4/3 Fth. - Nếu chỗ giảm yếu ở mép cấu kiện và đối xứng thì Ftt = Fth . - Nếu chỗ giảm yếu ở mép cấu kiện và không đối xứng thì phải tính theo nén lệch tâm.  : Hệ số uốn dọc, dùng để xét sự giảm khả năng chịu lực khi bị uốn dọc, được lấy như sau: + Vật liệu gỗ làm việc trong giai đoạn đàn hồi 3100  ; khi   75 2 + Vật liệu gỗ làm việc ngoài giai đoạn đàn hồi    2   1  0,8   ; khi   75  100  3.2.3. Kiểm tra về độ mảnh lo  rmin Trong đó: l0 : Chiều dài tính toán của cấu kiện; lo = .l  : Hệ số phụ thuộc sự liên kết giữa 2 đầu của cấu kiện Trị số  khác với lý thuyết vì thực tế gỗ không thể ngàm chặt được. Chỗ ngàm bị nén và bị biến dạng. 16
rmin : Bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện nguyên của cấu kiện J min được tính toán theo rmin  Fng - Đối với tiết diện chữ nhật rmin = 0,289b - Đối với tiết diện tròn rmin = 0,25d   : Độ mảnh giới hạn cho phép của cấu kiện - Các cấu kiện nén chủ yếu    =120 - Các cấu kiện phụ    = 150 - Thanh giằng kết cấu    = 200 3.2 Bài toán thiết kế. Căn cứ vào điều kiện liên kết, lực tác dụng, chọn kích thước tiết diện của cấu kiện để kết cấu an toàn trong sử dụng. Thông thường dựa vào điều kiện ổn định để chọn tiết diện. Từ công thức từ điều kiện ổn định Đ.A Cô Sê Cốp đã nêu ra phương pháp đơn giản để trực tiếp tìm ra diện tích tiết diện cần thiết F đối với các cấu kiện tròn, vuông, chữ nhật. a. Trường hợp 1:   75 - Đối với tiết diện tròn đường kính d: l0 N F 15,75 Rn d  1,135 F - Đối với tiết diện chữ nhật: l0 kN F 16,08 Rn h k : Tỷ số giữa 2 cạnh tiết diện k  b - Đối với tiết diện vuông: l0 N F 16 Rn b. Trường hợp 2:   75 17
- Đối với tiết diện tròn: N F  0,001.ln2 Rn - Đối với tiết diện chữ nhật: N F  0,001.k.l02 Rn - Đối với tiết diện vuông: N F  0,001.l02 Rn 4. Tính toán cấu kiện chịu uốn 4.1 Uốn phẳng K/n uốn phẳng: Uốn phẳng khi mặt phẳng tải trọng trùng với mặt phẳng đối xứng của tiết diện, nếu tải trọng là lực tập trung hay lực phân bố thì lực ấy phải vuông góc với trục thanh. 4.1.1. Điều kiện về cường độ - Kiểm tra về ứng suất pháp M   m.Ru Wth Trong đó: M : Mô men uốn tính toán Wth : Mô men chống uốn của tiết diện đã thu hẹp, ở chỗ có mô men uốn tính toán. Ru : Cường độ chịu uốn tính toán của gỗ. m : Hệ số điều kiện làm việc do ảnh hưởng của hình dạng và kích thước tiết diện (Cạnh tiết diện < 15 cm thì m = 1. Cạnh tiết diện  15 cm thì m = 1,15 với gỗ xẻ và m = 1,2 với gỗ tròn) - Kiểm tra về ứng suất tiếp Q.S x   Rtr J x .b Trong đó: Q : Lực cắt tính toán trên tiết diện đang xét 18
Sx : Mô men tĩnh của phần tiết diện nguyên bị trượt đối với trục chính trung tâm x. Jx : Mô men quán tính chính trung tân của tiết diện b : Bề rộng tiết diện ở mặt trượt. Rtr : Cường độ trượt dọc thớ của gỗ 3 Q Đối với tiết diện chữ nhật   . 2 F 4 Q Đối với tiết diện hình tròn   . 3 F Chỉ kiểm tra ứng suất tiếp đối với các cấu kiện có chiều dài ngắn (Tỷ số l chiều dài cấu kiện và chiều cao tiết diện  5 mà lại chịu trọng tải lớn, hoặc khi h có tải trọng tập trung lớn gần gối đỡ) 4.2.2. Kiểm tra về độ võng (độ cứng) f f  l  l  f 5 q.l 3 Theo công thức của sức bền vật liệu  . với E = 103 KN/cm2 (Với l 384 E.J gỗ thông tiêu chuẩn) f  l  độ võng cho phép của cấu kiện (Tra bảng) - Dầm 2 đầu khớp chịu tải trọng phân bố đều k = 0,104 - Dần 2 đầu khớp chịu tại trọng tập trung ở giữa k = 0,083 19
Bảng phụ lục 4.2.3. Các bài toán - Theo cường độ M M Từ    m.Ru ta có Wth  và tìm được kích thước tiết diện. Wth m.Ru - Theo độ võng f f f 5 q.l 3 5 qtc .l 3  l  Từ  và  . ta có J x  và tìm được kích l  l  l 384 E.J 384 E  f  thước tiết diện. - Chọn được tiết diện cần tìm thỏa mãn 2 điều kiện trên là được. 20