Trình bày nhiệm vụ, đối tượng, sơ đồ tính, phân loại và các giả thiết của cơ học kết cấu

Trình bày nhiệm vụ, đối tượng, sơ đồ tính, phân loại và các giả thiết của cơ học kết cấu

BÀI TẬP SỐ 2

GVHD : Nguyễn Xuân Huy Lớp : CTGTCC-K50 Nhóm : I

CHỦ ĐỀ :

Trình bày nhiệm vụ, đối tượng, sơ đồ tính, phân loại và các giả

thiết của Cơ học kết cấu

Mục lục

A) Nhiệm vụ và đối tượng của kết cấu

Kết cấu: là bao gồm 1 hoặc nhiều cấu kiện được ghép lại với nhau theo các quy luật nhất định và chịu sự tác động của các nhân tố bên ngoài như : tải trọng (ngoại lực ) ,thay đổi nhiệt độ và chuyển vị cưỡng bức (chuyển vị ban đầu)

Hình 1

Hình 2

Hình 3

Trên đây là hình ảnh về kết cấu từ những thanh thép đơn giản được liên kết với nhau thông qua liên kết như hàn , bulong , tạo thành một cây cầu vững chắc

Hình 4

Hình 5

Vì vậy mà cơ kết cấu giữ 1 vai trò quan trọng trong thiết kế hay kiểm tra công trình và là công việc đầu tiên phải làm với kỹ sư xây dựng nói chung và kỹ sư xây dựng công trình giao thông nói riêng

Cơ học kết cấu là môn khoa học về các phương pháp tính toán công trình đảm bảo cường

độ , độ cứng và độ ổn định Nhằm đảm bảo cho kết cấu có khả năng chịu tác dụng của tải trọng mà không bị phá hoại hay không cho chuyển vị quá khả năng của công trình ở trạng thái làm việc bình thường và đảm bảo vẫn giữ được hình dạng ban đầu của công trình trong trạng thái biến dạng Hoặc cũng có thể hiểu đơn giản cơ học kết cấu là 1 môn khoa học chuyên dụng để phân tích và xác định nội lực với biến dạng của kết cấu khi nó chịu

sự tác động của các nhân tố bên ngoài và xét xem kết cấu có đủ khả năng chịu lực hay không

Thông thường thì cường độ , độ cứng và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào tính năng cơ lý của vật liệu ,hình dạng , kích thước của cấu kiện Mà kích thước của cấu kiện phụ thuộc vào nội lực phát sinh trong cấu kiện ,do đó nhiệm vụ cơ bản của môn học cơ kết cấu là xác định nội lực và chuyển vị của kết cấu và phải tính toán trước

Trong tính toán công trình thường phải tính toán thiết kế công trình mới và tính toán kiểm tra một công trình đã có

Đối với kết cấu tĩnh định : xác định kích thước hình học , tính nội lực của các cấu kiện trong kết cấu Từ nội lực tính ra kích thước của các cấu kiện

Đối với kết cáu siêu tĩnh :xác định kích thước hình học công trình và giả định kích thước các cấu kiện sau đó tính nội lực trong cấu kiện từ nọi lực kiểm nghiệm lại kích thước các cấu kiện và sửa dổi cho phù hợp với nội lực

Sau khi đã tính toán được các nội lực và biến dạng ,ta căn cứ vào các loại vật liệu định sử dụng cho công trình như thép bê tông, gỗ v.v và dựa vào các môn kĩ thuật chuyên môn

để hoàn thiện nốt công trình

Tóm lại , đối tượng chủ yếu của môn học cơ kết cấu là các kết cấu dạng dưới tác dụng

của các ngoại lực bên ngoài và nhiệm vụ chủ yếu là đi xác định nội lực, chuyện vị, biến dạng trong công trình nhằm xây dựng công trình thỏa mãn:

Điều kiện về độ bền: đảm bảo cho công trình không bị phá hoại dưới tác dụng của ngoại

lực bên ngoài

Điều kiện về độ cứng: đảm bảo cho công trình không có biến dạng và chuyển vị vượt quá

giới hạn cho phép, đảm bảo cho công trình hoạt động bình thường

Điều kiện về ổn đinh: đảm bảo cho công trình có khả năng bảo toàn vị trí và hình dạng

ban đầu của nó dưới dạng cân bằng trong trạng thái biến dạng

B) Sơ đồ tính toán của kết cấu

Để tính toán một công trình không thể tính toán trên công trình thực tế mà ta cần phải

thay thế bằng sơ đồ tính toán Vậy sơ đồ tính toán là gì?

Ta có thể hiểu đơn giản : sơ đò tính của kết cấu là hình ảnh đơn giản hóa mà vẫn đảm bảo chính xác sự làm việc thực tế của công trình và phải dùng để tính toán được.Sơ đồ tính phải đảm bảo không làm mất các tính chất cơ bản của công trình thực về mặt chịu lực , phải giữ được các thông số tính toán chủ yếu và phải đơn giản để việc tính toán được thuận tiệnmà vẫn đủ độ tin cậy

Sơ đồ tính = sơ đồ công trình + các giả thiết đơn giản hóa

Trên thực tế ,để vẽ sơ đồ tính ta cần thực hiện theo hai bước sau

+ Bước 1 : Chuyển Công trình thực tế về sơ đồ của công trình

+ Bước 2: Chuyển sơ đồ của công trình về sơ dồ tính theo nguyên tắc sau :

-Thay các thanh bằng đường trục ,các bản vỏ bằng mặt trung gian

Hình 6

-Thay các tiết diện bằng các đặc trưng hình học của nó

-Thay các liên kết ở đầu thanh bằng khớp nối hay nối cứng

-Thay các tải trọng bên ngoài về các dạng tải trọng tập trung , tải trọng phân

bố , momen tập trung

Hình 7

Ta sẽ hiểu rõ hơn sau vài ví dụ sau:

P1 P2 P3

Hình 8

Các gối tự được đưa về các loại gối cơ bản đó la gối cố định và di động , còn các ngoại lực truyền xuống các dầm phụ thuộc và dầm chính thành các lực tập trung P1,P2,P3

Hình 9

Bước 1 : Chuyển Công trình thực tế về sơ đồ của công trình : Dựa trên các nguyên tắc

chuyển đổi thì : các thanh thép được chuyển thành các đường trục của nó , 2 gối được đưa về 2 loại gối cơ bản là : gối cố định và gối di động , các ngoại lực là các thùng hàng truyền lực xuống được biểu hiện bằng các vectơ lực

Hình 10

Bước 2: Sau khi đã chuyển về sơ đồ cong trình thì ta tiếp tục đưa nó về sơ đồ tính : các

thanh liên kết với nhau chuyển về thành các chốt đơn

Hình 11

C) Phân loại kết cấu

Có nhiều quan niệm khác nhau để phân loại kết cấu nhưng thông thường có ba cách phân loại sau:

1) Phân loại theo sơ đồ tính

Cách phân loại này cấc công trình được quy về hai loại : kết cấu phảng và kết cấu không gian

+ Kết cấu phẳng : Đường trục của các cấu kiện và các tải trọng tác dụng cùng trong mặt phẳng

Ví dụ :dầm giản đơn , ngàm công son,…

Hình 12

Hình 13

+ Kết cấu không gian : Đường trục của các cấu kiện nằm trong các mặt phẳng khác

nhau hoăc cũng có thể cùng mặt phẳng nhưng tải trọng tác dụng tác dụng ngoài mặt phẳng của cấu kiện:

Hình 14

2) Phân loại theo phương pháp tính

Theo cách phân loại này ta chia kết cấu ra thành 2 loại chính : Kết cấu tĩnh định và kết cấu siêu tĩnh

+ Kết cấu tĩnh định : là loại kết cấu khi tính toán nọi lực trong các cấu kiện chỉ cần sử

dụng các phương trình cân bằng tĩnh học

Hình 15

+ Kết cấu siêu tĩnh : là loại kết cấu khi tính toán ngoài các phương trình cân bằng tĩnh

học còn phải xác lập thêm các phương trình điều kiện về chuyển vị hay điều kiện cân bằng lực tại các kiên kết mói có thể tính được các nội lực của cấu kiện

Hình 16

3) Phân loại theo phản lực tại gối tựa

Trong tính toán công trình , ở mức độ đủ chính xác , thường đưa về kết cấu phẳng.Gối là loại liên kết nối công trình với nền móng , gối gồm có các loại sau :

+ Gối di động ( hay gối có trục lăn ) : gối này có thể quay được , di động được nhưng

không cho kết cấu di động theo phương thẳng đứng

Hình 17

+ Gối cố định : loại gối này cho phép cấu kiệnquay nhưng không di chuyển theo phương

bất kì nào được

Hình 18

+ Ngàm : loại gối này không cho phép kết cấu quay hay di chuyển bất kì 1 phương nào

Hình 19

Trên là 3 loại gối hay gặp ngaoì ra còn có 1 số loại gối sau:

+ Ngàm trượt ( gối định hướng ) : là loại gối chỉ có thể dịch chuyển theo 1 phương nhất

định , không quay được cũng không dịch chuyển được

Hình 20

+ Gối đàn hồi : Bản thân gối có thể biến dạng được tùy thuộc vào độ cứng của gối

Hình 21

D) Các giả thiết trong cơ học kết cấu

Để việc tính toán được đơn giản mà vẫn đảm bảo đủ độ sát thực với sự làm việc của công trình môn học chấp nhận 1 số giả thiết về tính năng của vật liệu giả thiết biến dạng và chuyển vị là nhỏ trong kết cấu cụ thể như sau:

+ Giả thiết vật liệu đàn hồi lý tưởng , quan hệ giữa nội lực và biến dạng là tuyến tính + Giả thiết biến dạng và chuyển vị ban đầu là nhỏ nên có thể coi không ảnh hưởng đến hình dạng và các kích thước ban đầu cảu các cấu kiẹn trong công trình

Như vậy trong phạm vi môn học các bài toán tính toán công trình đề thuộc bài toán đàn hồi tuyến tính và tuyến tính hình học

Ngoài ra ta còn hay sử dụng 1 nguyên lý gọi là nguyên lý cộng tác dụng , nội dung nguyên lý là : một đại lượng nghiên cứu nào dó do nhiều nguyên nhân cùng đồng thời tác dụng lên công trình gây nên sẽ bằng tổng giá trị của từng thành phần , từng tác nhân tác dụng riêng rẽ gây nên

Ví dụ : Nếu gọi tổng S là tổng giá trị đạị lượng nghiên cứu thì :

Trong đó :