Bài giảng sức bền vật liệu chương 1 những khái niệm chung

QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNGCIVIL ENGINEERING PROJECT Cải tạo, sửa chữa Rehabilitation Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Vận hành – Bảo trì Operatio

Trang 2

• Giảng viên: PGs TS TRẦN MINH TÚ

Trang 5

S ỨC BỀN VẬT LIỆU 1

QUY ĐỊNH VỀ ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN

• Điểm quá trình học tập (ĐQT) bộ môn Sức bền Vật liệu qui định: điểm quá trình gồm 4 môđun, mỗi môđun đánh giá theo thang điểm 10:

Trang 6

THỜI KHOÁ BIỂU VÀ LỊCH TIẾP SINH VIÊN

Lịch tiếp sinh viên:

Thứ 2: 9h00 – 11h30; Thứ 4: 9h00 – 11h30

Địa điểm: Văn phòng Bộ môn Sức bền vật liệu, Tầng 1 Nhà thí nghiệm 9 tầng

Mọi thắc mắc có thể liên hệ qua email: tpnt2002@yahoo.com

Trang 7

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1

CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG

1.1 Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học

1.2 Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng

1.3 Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết

1.4 Khái niệm về chuyển vị và biến dạng

1.5 Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất

1.6 Các giả thiết của môn học

Trang 8

CHƯƠNG 2: ỨNG LỰC TRONG BÀI TOÁN THANH

2.1 Các thành phần ứng lực trên mặt cắt ngang

2.2 Biểu đồ nội lực – Phương pháp mặt cắt

2.3 Liên hệ vi phân giữa mômen uốn, lực cắt và tải trọng phân bố2.4 Phương pháp vẽ biểu đồ nội lực theo điểm đặc biệt

2.5 Biểu đồ nội lực của dầm tĩnh định nhiều nhịp

2.6 Biểu đồ nội lực của khung phẳng

2.7.* Biểu đồ nội lực của thanh cong

Trang 9

CHƯƠNG 3: THANH CHỊU KÉO-NÉN ĐÚNG TÂM

3.1 Khái niệm – Nội lực

3.2 Ứng suất trong thanh chịu kéo-nén đúng tâm

3.3 Biến dạng của thanh chịu kéo-nén đúng tâm – Hệ sốPoisson

3.4 Các đặc trưng cơ học của vật liệu

3.5 Thế năng biến dạng đàn hồi

3.6 Điều kiện bền, ba bài toán cơ bản

3.7 Bài toán siêu tĩnh

3.8 Bài toán hệ thanh

Trang 10

CHƯƠNG 4: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TẠI MỘT ĐIỂM

4.1 Khái niệm về trạng thái ứng suất tại một điểm

4.2 Trạng thái ứng suất phẳng

4.3 Vòng tròn Mohr ứng suất

4.4 Một số trạng thái ứng suất phẳng đặc biệt

4.5 Trạng thái ứng suất khối

4.6 Quan hệ ứng suất – biến dạng Định luật Hooke

4.7 Điều kiện bền cho phân tố ở TTƯS phức tạp – Các thuyếtbền

Trang 11

CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT NGANG

5.1 Khái niệm chung

5.2 Mômen tĩnh – Trọng tâm – Trục trung tâm

5.3 Mômen quán tính đối với một trục

Trang 12

CHƯƠNG 6: THANH CHỊU XOẮN THUẦN TUÝ

6.2 Ứng suất trong thanh tròn chịu xoắn

6.3 Biến dạng của thanh tròn chịu xoắn

6.4 Điều kiện bền, điều kiện cứng, ba bài toán cơ bản

6.6.* Thế năng biến dạng đàn hồi của thanh chịu xoắn

6.7.* Xoắn thanh có mặt cắt ngang hình chữ nhật

6.8.* Lò xo hình trụ bước ngắn

Trang 13

CHƯƠNG 7: DẦM CHỊU UỐN PHẲNG

7.2 Dầm chịu uốn thuần tuý

7.3 Dầm chịu uốn ngang phẳng

7.4 Chuyển vị của dầm chịu uốn: độ võng, góc xoay

7.5 Phương pháp tích phân trực tiếp

7.6 Phương pháp thông số ban đầu

7.8.* Ảnh hưởng của lực cắt tới độ võng trong dầm chịu uốn

* Phần sinh viên tự đọc thêm dưới sự hướng dẫn của giảng viên.

Trang 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

• Sức bền vật liệu – PGs TS Lê Ngọc Hồng, PGs TS Lê Ngọc Thạch

• Giáo trình SBVL của các trường Đại học: Thuỷ lợi, Bách khoa, Giao thông vận tải

• Các bài giảng của Đại học Auckland; Các tài liệu của Pearson Press, ASCE…

• Beer F P., Johnston E R., DeWolf J T – Mechanics of Materials 6 th

edition (2011)

• Hibbeler R C – Mechanics of Materials 8 th edition (2011)

• Pytel A., Kiusalaas J – Mechanics of Materials 2 nd edition (2011)

• Lecture notes: Oler J W (Texas Technological University)

Trang 15

NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG

(CIVIL ENGINEERING)

Nhiệm vụ: Xây dựng cơ sở hạ tầng cho mục đích dân sự

• Xây dựng công trình nhà dân dụng, công nghiệp

• Xây dựng công trình thuỷ lợi, thuỷ điện

• Xây dựng công trình cảng, đường thuỷ

• Xây dựng cầu, đường

• Xây dựng công

• …

Trang 16

QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG

(CIVIL ENGINEERING PROJECT)

Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng

Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ

Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất…

Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật)…

Lập kế hoạch (Planning)

Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn…

Trang 17

Trang 18

Thi công xây dựng (Construction)

Trang 19

Vận hành – Bảo trì (Operation – Maintenance)

Trang 20

Cải tạo, sửa chữa (Rehabilitation)

Vận hành – Bảo trì (Operation – Maintenance)

Thiết kế (Designing)

Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật)…

Lập kế hoạch (Planning)

Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn…

Video: Các giai đoạn của một dự án xây dựng và các chủ thể tham gia

Trang 21

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 – NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG

Trang 22

1.1.1 Sức bền vật liệu – môn cơ sở kỹ thuật:

Sức bền vật liệu là môn học nghiên cứu sự chịu lực của vật liệu

để đề ra các phương pháp tính toán, thiết kế các chi tiết máy, các

bộ phận công trình dưới tác dụng của ngoại lực nhằm thoả mãncác yêu cầu đặt ra về độ bền, độ cứng và độ ổn định mà vẫn đảm bảo tính kinh tế và thẩm mỹ.

Trang 23

Đảm bảo độ bền:

Các chi tiết máy hay các bộ phận công trình làm việc bềnvững, lâu dài mà không bị phá huỷ

Trang 24

Đảm bảo độ cứng:

Những thay đổi về kích thước

hình học của các chi tiết máy hay

bộ phận công trình không vượt

quá giá trị cho phép

Trang 25

Đảm bảo độ ổn định:

Dưới tác dụng của ngoại lực, các chi tiết máy hay bộ phậncông trình bảo toàn được trạng thái cân bằng ban đầu

Trang 26

???

KINH TẾ >< KỸ THUẬT

PHÁT TRIỂN MÔN HỌC

Trang 27

Từ ý tưởng thiết kế đến công trình thực:

Gateshead Millennium Bridge – London, England

Trang 28

1.1.2 Nhiệm vụ

• Môn học Sức bền vật liệu xác định ứng suất, biến dạng,chuyển vị trong vật thể chịu tác dụng của ngoại lực

• Ta thường phải giải quyết ba dạng bài toán cơ bản sau:

- Kiểm tra điều kiện bền, điều kiện cứng và điều kiện ổnđịnh;

- Xác định kích thước và hình dạng hợp lý của các chi tiếtmáy hay bộ phận công trình;

- Xác định trị số tải trọng lớn nhất mà các chi tiết máy hay

bộ phận công trình có thể chịu được

Trang 29

CƠ HỌC

Cơ học vật rắn tuyệt đối

Trang 30

CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI

CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG

Trang 31

GIÁO DỤC ĐẠI CƯƠNG (29%)

KC NHÀ BTCT

KT THI CÔNG

Trang 32

Trang 33

Vật thể hình khối:

Có kích thước theo ba phương cùng lớn tương đương nhau

Trang 34

Vật thể hình tấm và vỏ:

Có kích thước theo hai phương rất lớn so với phương thứ ba

Trang 35

Vật thể hình thanh:

Có kích thước theo một phương rất lớn so với hai phương cònlại

Trang 36

Thanh là vật thể đơn giản và phổ biến nhất (các cấu kiện dầm,cột trong công trình xây dựng đều có thể được mô hình hoádưới dạng thanh)

→ Là đối tượng nghiên cứu của môn học SBVL

Phân loại thanh theo hình dạng trục thanh:

 Thanh thẳng

 Thanh cong

 Thanh không gian

Phân loại thanh theo hình dạng mặt cắt ngang:

 Thanh tròn, chữ nhật, vuông…

 Thanh đặc, rỗng

 Thanh tiết diện không đổi, thay đổi

Trang 37

Trang 38

Trang 39

trọng

Các phản lực gối tựa

Trang 40

Trang 41

1.3.1 Ngoại lực

• Phân loại ngoại lực: theo tính chất tác động

– Tải trọng tĩnh: Không thay đổi theo thời gian (nói cách khác: tải trọng tĩnh tác

dụng một cách từ từ, gây ra lực quán tính không đáng kể)

– Tải trọng động: Có phương, chiều, trị số thay đổi theo thời gian và gây ra lực

quán tính đáng kể, không thể bỏ qua

• Các ví dụ về phân loại ngoại lực trên thực tế:

Trang 42

1.3.2 Liên kết và phản lực liên kết

Các vật thể bị ràng buộc với nhau hoặc với đất bởi cácliên kết Thông qua các liên kết, các vật thể tác dụng lực vàphản lực với nhau hoặc với đất → Lực liên kết

Giới hạn nghiên cứu: bài toán phẳng

Thanh có 3 bậc tự do (3 khả năng chuyển động) → liênkết ngăn cản chuyển động theo phương nào thì có xuất hiệnphản lực theo phương đó

Trang 43

Liên kết gối tựa di động (liên kết đơn):

Ngăn cản chuyển động tịnh tiến theo phương liên kết,cho phép thanh quay quanh một trục và chuyển động tịnh tiếntheo phương còn lại

Trang 44

Liên kết gối tựa cố định (liên kết khớp):

Ngăn cản chuyển động tịnh tiến theo mọi phương, chophép thanh quay quanh một trục

Trang 45

Liên kết ngàm:

Ngăn cản mọi khả năng chuyển động

Trang 46

Liên kết khớp (tại các nút trong khung, giàn):

Ngăn cản chuyển động tịnh tiến, cho phép xoay

Trang 47

AB không vuông góc với u

A, B, C không thẳng hàng

Trang 48

1.3.3 Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế

Liên kết gối tựa di động (liên kết đơn)

Trang 49

Liên kết gối tựa cố định (liên kết khớp)

Trang 50

Liên kết ngàm

Trang 51

Các dạng liên kết cơ bản

của dầm – Dầm công-xôn

Trang 52

của dầm – Dầm đơn giản

Trang 53

của dầm – Dầm có mút thừa

Trang 54

của dầm – Dầm liên tục

Trang 55

1.3.4 Bài toán tĩnh định và siêu tĩnh

Bài toán tĩnh định: Để xác định phản lực liên kết hoặc nội lực trong các thanh, chỉ cần sử dụng các phương trình cân bằng tĩnh học.

Bài toán siêu tĩnh: Để xác định phản lực liên kết hoặc nội lực trong các thanh, các phương trình cân bằng tĩnh học là chưa đủ Cần phải viết thêm phương trình phụ là các điều kiện về biến dạng.

Trang 56

• Các chi tiết máy móc và bộ phận công trình là các vật rắnbiến dạng (hay còn gọi là vật rắn thực): dưới tác dụng củangoại lực, hình dạng và kích thước của các vật rắn thực thayđổi

• Biến dạng là sự thay đổi hình dạng, kích thước của vật thểdưới tác dụng của ngoại lực

• Chuyển vị là sự thay đổi vị trí

của điểm vật chất thuộc vật thể

dưới tác dụng của ngoại lực

AA’, BB’ - chuyển vị dài

φ - chuyển vị góc

Trang 57

• Biến dạng dài: Sự thay đổi chiều dài

• Biến dạng góc: Sự thay đổi góc vuông

• Biến dạng thể tích: Sự thay đổi thể tích

Trang 58

 Biến dạng thể tích

Trang 59

Trang 60

Trang 61

1.5.2 Phương pháp mặt cắt

Để nghiên cứu nội lực, người ta sử dụng phương pháp mặt cắt

Trang 62

1.5.2 Phương pháp mặt cắt

• Cắt vật thể chịu lực ở trạng thái cân bằng

bằng một mặt cắt bất kỳ

• Do vật thể ở trạng thái cân bằng, mọi

phần của vật thể cũng phải thoả mãn điều

kiện cân bằng.

• Xét cân bằng phần dưới, chịu tác dụng

của:

 Các ngoại lực

 Lực tương tác do phần trên tác dụng lên phần dưới

• Biểu diễn lực tương tác nêu trên bằng các vectơ nội lực Từ các phương trình cân bằng tĩnh học, ta có thể xác định được hợp lực của nội lực.

Trang 63

1.5.3 Ứng suất tại điểm K

D A – phân tố diện tích trên mặt cắt

chứa điểm K

D F – hợp lực nội lực trên D A

Nội lực phân bố trên toàn bộ bề mặt

của mặt cắt Xét điểm K thuộc mặt

cắt:

Cường độ nội lực: nội lực trên một

đơn vị diện tích → Ứng suất trung

bình:

Khi đó, ứng suất toàn phần tại điểm K trên mặt cắt

của vật thể chịu lực được định nghĩa là:

Trang 64

Phân tích vec-tơ ứng suất toàn phần p theo 2 cách:

Trang 65

Trang 66

 Mx, My – mô men uốn

 Mz – mô men xoắn

→ 6 thành phần ứng lực

Trang 67

1.5.5 Quan hệ giữa ứng suất và các thành phần ứng lực trênmặt cắt ngang

Trang 68

1.5.6 Các hình thức chịu lực cơ bản của thanh

Uốn

Trang 69

1.5.6 Các hình thức chịu lực cơ bản của thanh

Trang 70

Giả thiết 1: Vật liệu có cấu tạo vật chất liên tục, đồng nhất vàđẳng hướng

• Liên tục: vật liệu lấp đầy thể tích vật thể, không có lỗ hổng;

• Đồng nhất: tính chất cơ lý là như nhau tại mọi điểm trong vật thể;

• Đẳng hướng: tại một điểm, tính chất cơ lý là như nhau theo mọi hướng.

Vật liệu rời rạc Vật liệu liên tục, đồng

nhất, đẳng hướng Vật liệu không đồng nhất Vật liệu dị hướng

(có thớ)

Trang 71

• Trên thực tế, nếu xét ở kích cỡ vi mô, mọi vật liệu (ngay cả các kim loại) đều không có tính liên tục, đồng nhất hay đẳng hướng.

• Tuy nhiên, do trong một phân tố bé của vật liệu cũng đã có vô số các phần tử sắp xếp lộn xộn với nhau nên ở kích cỡ vĩ mô (ví dụ: dầm, cột, sàn…), nhiều vật liệu có thể xem là liên tục, đồng nhất và đẳng hướng.

Khối thép ở kích cỡ vĩ mô: liên tục,

đồng nhất, đẳng hướng Mạng tinh thể thép ở kích cỡ vi mô: rời

rạc, không đồng nhất, dị hướng

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	5,98 MB