TIỂU LUẬN KẾT CẤU GỖGẠCHĐÁ1.CÁC DẠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU GỖ Khái quát về liên kết trong kết cấu gỗ Đặc điểm của từng loại liên kết2. ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY GẠCH ĐÁ Khái quát về khối xây gạch đá Tính chất cơ học của khối xây gạch đá
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG
⁕⁓⁕⁓⁕⁓⁕⁓⁕
TIỂU LUẬN KẾT CẤU GỖ-GẠCH ĐÁ
GVHD:
SVTH:
MSSV:
Lớp:
Đề:
TP Hồ Chí Minh, tháng 12, năm 2020
Trang 2MỤC LỤC
1 CÁC DẠNG LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU GỖ
1.1 Khái quát về liên kết trong kết cấu gỗ
Do điều kiện thiên nhiên và cưa xẻ mà vật liệu gỗ có kích thước hạn chế về chiều dài, tiết diện nên phải sử dụng liên kết để:
- Tăng chiều dài cấu kiện,
- Mở rộng tiết diện cấu kiện,
- Ghép nối các cấu kiện trở thành những kết cấu phức tạp hơn
Một lợi thế của gỗ là rất dễ liên kết Từ đó có thể tạo thành một kết cấu gỗ chịu lực hoàn chỉnh, làm tăng độ cứng chung cho toàn bộ các thành phẩm gỗ
- Đảm bảo độ chặt: các mặt truyền lực giữa các cấu kiện phải khít, không có khe hở
để truyền lực tốt, hạn chế biến dạng ban đầu… Liên kết chêm, chốt, mộng dễ đảm bảo yêu cầu này nhất
- Phải dẻo, dai: Biến dạng khi phá hoại lớn Có sự phân bố lại ứng suất trong liên kết và tránh phá hoài đột ngột nguy hiểm Liên kết chốt, tì đầu, liên kết kim loại dễ đáp ứng nhất
- Phân tán: Vì gỗ thường có khuyết tật (mắt, nứt…) nên cần phân tán liên kết để hạn chế ảnh hưởng khuyết tật và giảm yếu đối với liên kết
Trang 3- Liên kết một vị trí phải cùng độ cứng để chịu lực đồng đều.
- Tiết diện giảm yếu của cấu kiện là nhỏ nhất
- Dễ chế tạo đảm bảo chính xác, khít, chặt; dễ kiểm tra, sửa chữa
- Đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ
Có bốn loại liên kết gỗ chính được sử dụng Bao gồm:
- Liên kết mộng: Liên kết này có khả năng chịu ép mặt, nhưng không gây trợt cho vùng lân cận Liên kết mộng thường dùng ở vì kèo, đầu trụ cọc của cầu…
- Liên kết chốt: Dùng để nối thanh (hai cánh của vì kèo) Chốt thường gặp là bulông, chốt tre, chốt gỗ, đinh Khi làm việc chốt chịu uốn, và mặt lỗ chốt chịu ép mặt
- Liên kết chêm: Có tác dụng làm tăng diện tích thanh Chêm có tác dụng chống trợt giữa các phân tố Khi làm việc chêm chịu ép mặt, và chịu trợt
- Liên kết dán: Liên kết này sử dụng các loại keo dán để tăng tiết diện thanh (tăng
bề dày tiết diện ván) Hiện nay liên kết này được sử dụng rất phổ biến
Liên kết mộng, chốt và chêm là ba loại liên kết có khả năng chịu lực thấp hơn, được gọi là liên kết mềm Còn liên kết dán thuộc loại liên kết cứng và không có giảm yếu tiết diện
Các hình thức liên kết kết cấu gỗ chủ yếu là chịu ép mặt đồng thời chịu trượt Các chỉ số tính toán liên kết gỗ
• em: Ứng suất do lực ép mặt gây ra
• Nem: Lực nén tính toán tác dụng lên diện tích chịu ép mặt
• Fem: Diện tích ép mặt
• r: Điều kiện trượt
• T: Ứng suất do lực trượt tính toán gây ra trên mặt trượt
• Ntr: Lực trợt tính toán trên mặt trượt
• R*: Cường độ chịu trượt tính toán trung bình theo phương dọc thớ gỗ
• ltr: Chiều dài mặt trượt
• i3 e: Hệ số tính trượt, độ lệch tâm của lực trượt, lấy như sau:
– Khi rãnh mộng về một phía: e -0,5/2; P = 0,25
– Khi rãnh mộng về hai phía: e = 0,25h; P = 0,125 Trong đó h là chiều cao tiết diện (về phía chiều sâu rãnh mộng)
• ktr: Hệ số giảm cường độ chịu trượt
- Điều kiện chịu ép mặt:
Trang 4- Điều kiện chịu trượt:
1.2 Đặc điểm của từng loại liên kết
Đặc điểm: Truyền lực nén trực tiếp từ thanh này sang thanh khác mà không qua vật
trung gian như tấm đệm, chêm, chốt… Liên kết mộng làm việc chịu ép mặt và chịu trượt, chỉ nên dùng trong mối nối chịu nén
Liên kết mộng cần phải bố trí thêm các chi tiết bổ trợ theo cấu tạo như bulông, vòng đai, đinh đĩa… Loại liên kết này có thể cấu tạo theo dạng một răng hoặc hai răng Mặt truyền lực liên kết nên đặt thẳng góc với trục thanh nén để cường độ chịu ép mặt
là lớn nhất
Ưu và nhược điểm của liên kết mộng:
Ưu điểm:
+ Là liên kết lâu đời nhất, có nhiều kiểu, nhiều loại
+ Không sử dụng các vật liệu kim loại
+ Liên kết lộ rõ, dễ kiểm tra và sửa chữa
+ Khi chế tạo không cần sử dụng máy móc nên thuận tiện hơn
Nhược điểm:
+ Tiết diện bị giảm yếu nhiều
+ Phải làm thủ công nên yêu cầu thợ có tay nghề tốt, khéo, đòi hỏi chính xác, khó
áp dụng cơ giới hóa
Trang 5Hình 1.1: Liên kết mộng
Phân loại liên kết mộng:
a) Liên kết mộng một răng
- Cấu tạo:
+ Trục các thanh mắt phải hội tụ tại một điểm
+ Trục thanh nén (kèo) phải đi qua trọng tâm của diện tích ép mặt
+ Trục thanh kéo (quá giang) phải đi qua trọng tâm tiết diện bất lợi
b) Liên kết mộng hai răng
Hình 1.2: Liên kết mộng hai răng
- Cấu tạo:
+ Trục của một mắt phải hội tụ tại một điểm
+ Trục thanh nén phải qua đỉnh răng thứ hai và vuông góc với tiết diện ép mặt + Trục thanh kéo phải qua trọng tâm tiết diện bất lợi
- Yêu cầu:
+ Chiều sâu rãnh mộng thứ hai phải đảm bảo điều kiện: lq < h/3
+ Chiều sâu rãnh mộng thứ nhất phải đảm bảo điều kiện: hr > 2cm
Trang 6+ Khoảng cách giữa hai mặt trợt phải đảm bảo: >2cm.
+ Chiều dài mặt trượt cần đảm bảo điều kiện:
• Tại mỗi răng mộng đặt một bulông an toàn đường kính >12mm
• Lực trượt tác dụng vào răng thứ nhất là: Ntr – Ntr
• Lực trượt toàn bộ tác dụng vào kết cấu: Ntr = Nn cosa
• Lực trượt tính với răng thứ hai lấy lực trượt toàn bộ: Rtr
Chốt trụ có thể làm bằng thép bulông, đinh vít… hoặc bằng gỗ, tre, chất dẻo Đinh cũng là một loại chốt trụ, nến đóng kính đinh > 6 thì phải khoan lỗ trước khi đóng đinh
c) Mộng gỗ tròn
Khác với gỗ hộp, ở các mặt tiếp xúc với nhau đều cắt vát để tạo phẳng
Các lực có thể đồng quy vào trục của các thanh vì thanh dưới được vát cả mặt trên
và mặt dưới nên trọng tâm của tiết diện giảm yếu cũng gần trùng trên trục thanh
Trong liên kết mộng đầu dàn, phải cấu tạo gỗ táp và gỗ gối đệm dưới mộng
d) Một số liên kết mộng khác:
Khi cần liên kết hau thanh chịu nén hoặc khi liên kết một thanh chịu nén và một thanh chịu kéo thông qua gối đệm bằng gỗ, có thể dùng một tỳ đầu đơn giản:
+ Diện tích tỳ đầu được kiểm tra theo điều kiện ép mặt
+ Gối đệm có tác dụng như một vật trung gian truyền nội lực từ thanh này sang thanh khác Do đó, bản thân gối cũng phải đủ cứng để không bị biến dạng khi làm nhiệm vụ truyền lực
Chốt là những loại thanh tròn hoặc tấm nhỏ dùng để nối dài các thanh gỗ, làm tăng tiết diện các thanh ghép, liên kết các cấu kiện thành cấu kiện chịu lực hoàn chỉnh
Ưu điểm: Khả năng chịu lực của liên kết chốt khá tốt vì có độ dai, dẻo, phân tán.
Chế tạo đơn giản, liên kết lộ rõ nên dễ kiểm tra
Trang 7Hình 1.3: Liên kết chốt
Nhược điểm: Chịu chấn động kém (cần phải có bulông xen kẽ), dễ có biến dạng
ban đầu lớn do chế tạo không chính xác
Phân loại:
- Chốt trụ: Có thể bằng thép tròn (bulông, đinh, vít…) hoặc bằng gỗ, tre, chất dẻo… Các loại chốt này có đường kính >12mm
- Chốt bản: Thường làm bằng các loại gỗ tốt, dẻo, đã được xử lý kỹ, có tác dụng làm tăng tiết diện theo chiều cao, chống trượt tốt
Sự làm việc của liên kết chốt:
Chốt có tác dụng chống lại hiện tượng trượt xảy ra giữa các phân tố được ghép khi
có ngoại lực tác dụng Khi làm việc, chốt chịu uốn Trong quá trình chốt bị biến dạng ở mặt lỗ chốt thường xảy ra hiện tượng ép mặt, có 2 khả năng xảy ra dẫn đến phá hoại liên kết:
- Khả năng chịu uốn của chốt kém, chốt bị cắt ở tiết diện ngang
- Phân tố gỗ không đủ khả năng chịu ép mặt, dẫn dến phá hoại ở tiết diện giữa thân chốt và thành lỗ
Việc tăng đường kính của chốt quá lớn sẽ dẫn đến độ cứng khi uốn của chốt lớn thì liên kết có thể phá hoại giòn do hiện tượng trượt hoặc tách ở mặt phẳng giữa các lỗ chốt nên việc dùng chốt cứng quá chưa chắc đã tốt
Liên kết chêm dùng để tăng tiết diện cấu kiện Về hình thức ta có chêm gỗ chữ nhật, chêm thép, chêm dạng tròn hoặc hình hộp Tùy từng trường hợp ta có thể dùng chêm dọc, chêm ngang, chêm nghiêng
- Chêm dọc: Thớ chêm cùng phương với thớ thanh gỗ, do đó chêm bị ép mặt và trượt dọc theo thớ gỗ
- Chêm ngang: Thớ chêm vuông góc với thớ của thanh gỗ, được làm theo dạng nêm đóng từ hai phía có thể ép rất chặt vào hai thanh gỗ, có sức căng lớn so các loại chêm khác nhưng chịu lực kém vì phải chịu ép mặt và trượt ngang thớ
- Chêm nghiêng: Thớ chêm tạo với thớ của thanh gỗ một góc α tương đối nhỏ Trong bản thân chêm không xảy ra trượt, phần phân tố nằm giữa các chêm có lực nén, chêm chỉ chịu ép mặt nghiêng thớ nên khả năng chống trượt tốt hơn Chêm nghiêng làm việc theo một phương nên phù hợp khi lực trượt giữa các phân tố không đổi dấu
- Chêm cách: Chêm dọc và chêm nghiêng có thể đặt theo kiểu chêm cách Hai thanh gỗ có khe hở để tăng độ cứng tiết diện và thông thoáng Lúc này, phải gia cường bằng bulông để ngăn cản sự xoay của chêm
Trang 81.2.4 Liên kết dán
Liên kết dán là loại liên kết tiên tiến, phù hợp với tính chất công nghiệp hóa xây dựng Liên kết dán được dùng rộng rãi để tạo thành gỗ dán
Khi chế biến gỗ, ta có thể loại trừ các khuyết tật, ngâm tẩm gỗ và sắp xếp hợp lý các lớp ván theo chất lượng tương ứng với yêu cầu chịu lực nên nâng cao được tính chất, cường độ của gỗ cũng như cấu kiện liên kết dán
Hình 1.4: Gỗ dán (ván dán).
- Đặc điểm của liên kết dán:
+ Dạng kết cấu và hình thức tiết diện lớn, phong phú
+ Tiết diện phẳng, đẹp, không bị giảm yếu
+ Tận dụng được gỗ xấu, ngắn
+ Công xưởng hóa cao
+ Phụ thuộc keo dán, chế tạo phức tạp, giá thành cao
- Keo dán: Là dạng vật chất ở thể dẻo có thể chuyển sang thể cứng và có thể liên kết các phân tố đem dán Keo dán bao gồm nhựa và chất đóng rắn
- Yêu cầu kỹ thuật dán:
+ Chế tạo mối nối chính xác
+ Phải thử keo trước
+ Ép sau khi dán với lực 3÷5 kg/cm2 đồi với thanh thẳng và 7÷10 kg/cm2 đối với thanh cong
+ Nhiệt độ và độ ẩm thỏa mãn yêu cầu dán (độ ẩm trung bình của gỗ dùng để dán
là 18÷20% để tránh hiện tượng gỗ hút nước keo)
Trang 92 ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY GẠCH ĐÁ
2.1 Khái quát về khối xây gạch đá
- Khối xây gạch đá (Brick or stone masonry) là kết cấu lắp ráp hoặc tổ hợp của những viên gạch đá riêng lẻ theo hình thức xếp chồng lên nhau thành từng hàng,từng lớp, liên kết với nhau bằng vữa hoặc vật liệu xi măng Toàn bộ tập hợp đó phải chịu lực (thường là các lực nén ép) như một thể thống nhất mà không có sự dịch chuyển của mọi viên thành phần Vật liệu thành phần làm nên khối xây thường là những vật liệu ròn, chịu ứng suất nén tốt hơn rất nhiều chịu ứng suất kéo, nên khối xây cũng chịu nén tốt
Thành phần khối xây bao gồm các lớp gạch đá nằm chồng lên nhau Lớp vữa nằm giữa hai lớp gạch đá kề nhau, có bề mặt trải rộng song song với mặt lớp và vuông góc với phương của lực nén, gọi là mạch vữa nằm Một lớp xây bao gồm một lớp gạch đá
đi kèm với một mạch vữa nằm bên dưới Lớp xây có bề mặt vuông góc với phương tác dụng của lực nén Các mạch vữa giữa các viên gạch đá trong một lớp (chỉ nằm trong nội bộ một lớp), và chúng nằm dọc theo phương chịu lực nén gọi là các mạch vữa đứng
Hình 2.1: Cấu tạo cơ bản của khối xây chịu tải trọng nén thẳng đứng (Nguồn:
www.wikiwand.com)
Mỗi lớp gạch đá gồm một hay nhiều hàng, mà mỗi hàng là một dãy các viên gạch
đá nối tiếp nhau Viên gạch đá có bề dài được xếp dọc theo chiều dài của hàng, gọi là
Trang 10viên dọc Hàng gồm toàn viên dọc, gọi là hàng dọc Viên gạch đá có bề ngang được xếp dọc theo chiều dài của hàng, gọi là viên ngang Hàng gồm toàn viên ngang, gọi là hàng ngang Hàng nằm giáp mặt bên khối xây gọi là hàng ngoài Hàng nằm bên trong lõi khối xây gọi là hàng trèn
Mạch vữa có nhiệm vụ lấp đầy các mối nối giữa các viên gạch trong khối xây Trong một khối xây có mạch vữa ngang và mạch vữa đứng
Hình 2.2: Các loại mạch vữa 1-Mạch ngang; 2-Mạch đứng dọc; 3-Mạch đứng ngang
Các lớp xây gồm chỉ toàn các hàng gạch dọc sắp theo cùng một hướng gọi là lớp xây dọc (lớp dọc thuần túy) Các lớp xây có tồn tại một hay nhiều hàng gạch ngang có thể gọi là lớp ngang
Vật liệu tạo thành khối xây đều là các dạng vật liệu ròn, chịu ứng suất nén rất tốt, nhưng chịu ứng suất kéo kém Do đó khối xây là loại kết cấu công trình thích hợp cho việc chịu các tải trọng gây ra các ứng lực nén ép vuông góc với các lớp xây, và rất không thích hợp để chịu các tải trọng gây ra ứng lực kéo hay mô men
Nếu các tải trọng tác dụng thẳng đứng theo phương trọng lực, thì nên sử dụng khối xây dạng trụ, vách đứng (tường, trụ xây) hay dạng khối (như móng) có các lớp xây nằm ngang, hoặc khối xây dạng vòm hay vòm cuốn có các lớp xây dạng rẻ quạt hướng tâm vòm (tức là lớp xây vuông góc với phương tiếp tuyến trục vòm) vì kết cấu dạng vòm chịu tải trọng thẳng đứng thường chỉ xuất hiện ứng lực nén dọc theo phương trục vòm Khối xây dạng vòm và vòm cuốn, là kết cấu cổ xưa nhất mà con người tạo ra để vượt các nhịp không gian bằng vật các liệu ròn truyền thống, trước khi con người tìm thấy và sử dụng các vật liệu dẻo như thép hay cốt thép trong bê tông để chịu những thành phần ứng lực kéo hay mô men thường có trong các loại kết cấu khác mà cũng có khả năng vượt nhịp không gian như kết cấu dầm, kết cấu dàn, kết cấu dây treo (cáp treo),
Nếu sử dụng khối xây chịu các tải trọng ngang thì, nên tạo ra khối xây dạng khối
có bề dày lớn (như đê đập), để lợi dụng độ ổn định (cân bằng bền) do bề dày lớn đem lại chống lại tác động của tải trọng ngang (khi đó các lớp xây có thể vẫn nằm theo phương ngang) Trong trường hợp khối xây có bề dày nhỏ nhưng vẫn phải chịu tải
Trang 11ngang như khối xây tường chắn hay khối xây tường bể, thì phải tạo thêm cho khối xây các gân gia cường (trụ liền tường) để phân bớt tải trọng hoặc tường có mặt bên cong lồi về phía chịu áp lực (tương tự hiệu ứng vòm), hay tạo các lớp xây thẳng đứng (trong trường hợp tường bể, tránh trùng mạch theo phương ngang)
- Phân loại theo vật liệu thành phần:
+ Khối xây bằng gạch: Gạch đất sét nung, gạch silicát, gạch bê tông, hỗn hợp gạch nung và đá,…
+ Khối xây bắng đá: Đá hộc, đá đẽo, đá kiểu…
- Phân loại theo lỗ rỗng của viên gạch:
+ Khối xây bằng gạch đặc: Làm các kết cấu chịu lực
+ Khối xây bằng gạch rỗng: Làm kết cấu bao che, ngăn cách hoặc ngăn âm, cách nhiệt…
- Phân loại theo thành phần vữa có các loại khối xây:
+ Khối xây vữa xi măng cát: Loại này dùng vữa có thành phần gồm cát làm cốt liệu
và xi măng là chất kết dính
+ Khối xây vữa tam hợp (ba ta) Loại này sử dụng vữa xây có thành phần kết dính
là hỗn hợp của hai hay nhiều chất kết dính (như: vôi kết hợp với xi măng, hay vôi với đường mật mía (vữa cổ truyền), )
+ Khối xây vữa vôi Thành phần vữa là cát (cốt liệu) và vôi (chất kết dính)
- Phân loại theo cấu tạo khối xây:
+ Khối xây đặc: trong đó không có những khoảng trống giữa các viên gạch: khối xây móng, trụ, tường chịu lực,…
+ Khối xây nhiều lớp: cấu tạo bởi hai hay nhiều lớp bằng những vật liệu khác nhau (ví dụ: khối xây bằng gạch bê tông và ốp ngoài bằng khối xây gạch gốm)
+ Khối xây bọc ngoài kết cấu bê tông cốt thép hay kết cấu thép (thường là các cột)
để bảo vệ hay làm tăng kích thước kết cấu nhầm mục đích tạo hình khối kiến trúc cho công trình
+ Khối xây rỗng: cấu tạo bởi hai hay nhiều độ dày (lớp) làm bằng vật liệu giống nhau hay khác nhau với lớp không khi hay lớp nhồi bằng các vật liệu cách nhiệt ở giữa Tính toàn khối (khả năng không bị rời ra thành những phần riêng rẽ) của khối xây được đảm bảo bởi lực dính giữa gạch đá, vữa; gạch đá xếp mạch so le trong những hàng nằm ngang; hay bởi các thanh thép đường kính 4,8mm hoặc thanh giằng kim loại
có độ cứng tương đương gắn vào trong các mối nối ngang
- Phân loại theo chiều dày khối xây:
Trang 12+ Khối xây 1/4 viên gach (60mm): đặt gạch nghiêng (Hình 2.3a).
+ Khối xây 1/2 viên gạch (110): đặt gạch nằm dọc (Hình 2.3b)
+ Khối xây 1 viên gạch (220): đặt gạch nằm ngang hoặc bởi hai dãy gạch đặt dọc (Hình 2.3c)
+ Khối xây 1 1/2 gạch (330); hợp bởi một dãy gạch đặt dọc và một dãy gạch
đặt ngang (Hình 2.3d)
Hình 2.3: Hình ảnh khối xây gạch đá
Chú ý: Chiều dày của khối xây có thể tăng lên nữa.
- Để đảm bảo công trình gạch đá chịu được tải trọng ngang lớn (ví dụ động đất…) thì trong khối xây người ta còn đưa cốt thép lưới hoặc cốt thép dọc vào làm tăng khả năng chịu trọng tải ngang của khối xây Lúc này khối xây có thể chia ra thành:
+ Khối xây không đặt cốt thép
+ Khối xây đặt cốt thép
Hình 2.4: Khối xây không cốt thép (bên trái) và khối xây có cốt thép (bên phải)
Theo TCVN 4085:1985: Khối xây dựng phải đảm bảo những nguyên tắc kỹ thuật thi công sau: ngang-bằng; đứng thẳng; mặt phẳng; góc-vuông; mạch không trùng; thành một khối đặc chắc