Giáo trình kết cấu xây dựng

Ả nh hưởng cua thòi gian chịu lực, cường đ ộ lâu d à i c ủ a gỏNgười ta đã tiến hành thí nghiệm trên m áy trong phòng thí nghiệm m ột loại mẫu gỗ giống nhau chịu tải trọng khác nhau, thờ

LỜI NÓI ĐẨU

G iáo trìnli "K ết câ u x â y d ự ng" là tài liệu dùn g đ ể giảng d ạ y vù học

tập trong trường trung học chuyên ngliiệp x â y dựng.

N h ó m tác g iả là cán bộ giỏng dạy của trường Trung học x â y dựng sô 4

gồm kỹ s ư k ết cấ u P han Đ ình Tô, thạ c s ĩ N guyễn Đức Chương, k ỹ s ư x â y

- G ỗ là loại vật liệu nhẹ cường độ khá cao.

Đè’ s o sánh ch ất lượng của vật liệu xây d ự n g về mặt chịu lực, người ta d ù n g hệ số

c = - (T ỷ s ố g iữ a trọ n g lư ợng riên g và c ư ờ n g đ ộ tính to án ), c c ó trị s ố c à n g n h ỏthì vậi liệu chất lượ ng c à n g cao T h é p c = 3 ,7 1 0"4; Bê lô n g c = 2 , 4 1 0 ‘3 ; G ỗ xoan

c = 4 ,3 1 0 4 Ta thấy hệ số chất lượng của g ỗ x ấ p xi Ihép và lớn hơn so với bê tông

- G ỗ là loại vật liệu phố biến và m ang lính chất địa phương Ở Việt N am , 3/4 đất đai

là rừng với hơn 4 0 0 loài gỗ khác nhau, ngoài ra g ỗ còn thấy nhiều ở nô n g thôn (xoan, mít, bạch đàn, )

- G ỗ là loại vật liệu d ễ gia cô n g chế tạo : cưa, đục, khoan trang trí m ỹ thuật, cách

âm tốt

2 K h u y ế t đ i ể m

- G ỗ là loại vật liệu c ó tính không đồng nhất và không đ ắ n g hướng, ví d ụ cù n g một loại gỗ, tính chất c ó thể khác nhau tùy theo địa phương, tuỳ từng kh u rừng, thậm chí khác nhau tuỳ th e o từng phần của cây gỗ G ỗ không phù hợp với giả th u y ết thường

dù n g trong khi tính toán là vật liệu đồng nhất và đ ẳ n g hướng Do đó phải lấy đ ộ an toàn cao và phải lựa ch ọ n gồ cẩn thận c h o phù h ọ p với yêu cầu của thiết kế

- G ỗ c ó nhiều khuyết tật làm giảm khá n ă n g chịu lực : mắi gỗ, khe nứt, th ớ vặn

- G ỗ là loại vật liệu c ó nhược diểm : bị nấm m ốc, mối m ọt, m ục, là vật liệu cháy được, ơ những nơi nhiệt dộ cao hơn 50(lc k h ô n g được d ù n g gỗ

- G ỗ là vật liệu ngậm nước, lượng nước chứa trong g ỗ thay đổi theo môi trường không khí xung q u a n h , dỗ bị co ngót, dãn n ờ làm c h o nó bị cong vênh, nứt K ết cấu làm

bằng g ỗ ẩm, khi k h ô các m ộ n g bị lỏng ra ảnh hưởng đ ế n q u á trình chịu lực, có khi

k h ô n g d ù n g được

Có thể hạn c h ế khuyết điếm của gỗ bằng cách xử lý g ỗ bằng hoá ch ất chống mối

m ọ t trước khi dùng, sử d ụ n g g ỗ đ ú n g chỗ, k h ô n g dùng g ỗ tươi c ó d ộ ẩm lớn

ở các nước tiên tiến, gỗ dùng phổ biến dưới dạng gỗ dán G ỗ dán d o được sấy và xử lý bằng hoá chất nên không bị mối mọt, là loại vật liệu xây d ự n g nhẹ, đẹp G ỗ dán khó cháy, năm 1971 ở Pháp đã làm thí nghiệm độ chịu lửa của 1 dđm g ỗ dán chịu tải trọng, cho dầm chịu nhiệt độ 9 0 0 ° c trong 1 giờ, dầm chịu h ư hỏng ít còn c ó thể chịu được láu hơn nữa, trong khi đó với cùng điều kiện như vậy thì thép không chịu được lâu quá 10 phút

+ Tiêu chuẩn nhà nước về g ỗ : T C V N 1072-71 đến 1077-71

+ Báng phân loại g ỗ được sử d ụ n g ban hành kèm th e o q u y ế t định s ố 2198 ngày

2 0 -1 1 -1 9 7 7 của Bộ Làm nghiệp,

- Kết cấu g ỗ được sử d ụ n g rộng rãi trong xây dựng c ơ bản ở nước ta kết cấu gỗ thường dùng trong các trường hợp sau :

1 N h à dân d ụ ng

N h à ờ 1 tầng, 2 tầng, hội trường, nhà văn hoá, Irụ sở làm b ằ n g g ỗ rất thích hợp

2 N h à xư ởng sản x u ấ t n ôn g ngh iệp

K h o thóc, gạo, nhà chăn nuôi, xưởng c h ế biến, sản xu ất n ô n g sản, thường nhà

x ư ở ng nhịp không lớn thì d ù n g kết cấu g ỗ là thích hợp hơn cả T ro n g m ộ t s ố xưởng hoá chất c ó chất ăn m òn kim loại cũng c ó thể d ù n g g ỗ thay c h o thép

3 T ro n g g ia o thông vận tải

G ỗ thích hợp với cầu nhỏ, cầu tạm trên đường cấp thấp

4 T ro n g th u ỷ lợi

G ỗ d ù n c làm cầu tàu, bến cảng, cửa van, cống

Ngoài ra, g ỗ dùng nhiều làm đ à giáo, ván khuòn, cầu c ô n g tác cho thi công

H iện nay, ờ nước ta kết cấu g ỗ thích hợp với những c ô n g irình loại vừa và nhỏ,

k h ô n g m a n g tính chất vĩnh cửu

6

ở các nước tiên tiến, gỗ được c h ế hiến thành gỗ dán, dược x ử lý bằng hoá chất nên kết cấu 2Ỗ được s ử d ụ n g rộ n g rãi.

§1-3 TÍNH CI1ÂT C ơ 1IỌC C Ú A G ỗ

Tính chất c ơ h ọ c của gỗ g ồ m các chỉ tiêu về đ ộ bền, độ đàn hồi khi chịu lực kéo, nén, ép m ặt, trượt,

Theo tiêu c h u ẩ n T C V N 3 6 3 -7 0 đến 370-70 về phương pháp th ử cơ học của gổ, và

m ẫu thử đ ể tìm đ ặc trưng cư h ọ c có hình dạng và kích thước như hình vẽ

H ình 1.1: M ẫu gô tiêu chuẩn đ ể thử v ề cường độ

M ẫu thí n g h iệ m d ù n g g ỗ n h ỏ , k h ô n g k h u y ế t tật, thực h iệ n trên m áy tro n g p h ò n g

th í n g h iệm với tốc đ ộ gia tải nh ất định N h ư n g ng o ài thực t ế g ỗ có kích thước lớn hơn m ẫu th í n g h iệ m n h iề u lần , có k h u y ết tật N g a y tr o n g 1 c â y g ỗ , lấy m ẫ u th ử ở

c ác đoạn th â n k h á c n h a u c ũ n g cho các kết q u ả k h á c n hau Vì vậy đ ể x á c định tín h

c h ấ t cơ h ọ c c ủ a g ỗ , người ta phải làm rất n h iề u t h í n g h iệ m với n h iề u m ẫu đ ể lấy kết

q u ả trung bình

1 Ả nh hưởng cua thòi gian chịu lực, cường đ ộ lâu d à i c ủ a gỏ

Người ta đã tiến hành thí nghiệm

trên m áy trong phòng thí nghiệm m ột

loại mẫu gỗ giống nhau chịu tải trọng

khác nhau, thời gian tải trọng tác dụng

lên m ẫu 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

đ ến lúc m ẫu gỗ bị phá hoại (m ẫu gỗ

thông chịu uốn)

Trị số ứng suất lớn nhất lâu dài (ơ|,i)

g ỗ k h ồ n s bị phá hoại N ếu ứng suất

thực tế ơ > ơ|(ị - g ỗ sẽ bị phá hoại Nếu

ơ < Ơ|«| ■ gồ không bị phá hoại trong quá

trình sử dụng T rong tính toán d ù n g ơ

2 Sự làm việc của gỗ ch ịu kéo, n én , uốn

a) C h ịu k é o

T rong thí nghiệm m ẫu gỗ chuẩn, cường độ ch ịu kco dọc thớ của gỗ rất cao, gỗ thông Liên X ô (cũ) ờ độ ẩm 15% cường độ đạt tới 10K N /cm 2 Nlurng thực t ế tính toán không thể sử d ụ n g trị s ố n à y được vì gỗ có nhiều nhân t ố làm giam cường đ ộ chịu kéo,

do khuyết tật của g ỗ (mắt gỗ, thớ chéo, thanh g ỗ có c h ỗ tiết diện thay dổi đột ngột) Mặt khác g ỗ không đồng nhất, kích thước gỗ c à n g lớn thì m ức độ không đ ồ n g nhất càng cao và cường độ giám đi so với m ẫu chuẩn, d o đ ó trong kết cấu gỗ, khi d ù n g gỗ chịu kéo phải rất thận trọng

Cường độ chịu kco n g a n g thớ của g ồ rất nhỏ, chí đạt k h o ả n g 1/20 - 1/15 cường độchịu kéo dọc thớ, do đó người ta không d ù n e kết cấu gồ chịu kéo n gang thớ

b) C h ịu n é n

T h í nghiệm nén m ẫu g ỗ chuẩn (gỗ dổi) Khi nén d ọ c thớ, cường độ g ỗ n h ỏ hơn cường độ k é o dọc thớ vài lần khoảng từ 3 - 4 K N /c m 2 Khi chịu nén, k h u y ết tậl của g ỏ íl ảnh hường tới cường độ ch ịu lực Cường độ chịu n é n d ọ c thớ là chí tiêu ổn định nhất trong các chi tiêu về cường độ, 1 1Ó được dùng để đ á n h giá và phân loại gỗ

K hả năng chịu nén n g ang thớ của g ỗ thấp hơn k h ả n ă n g ch ịu nén dọc thớ

Mộl d ầ m g ồ thí n g h iệm (m ẫu c h u ẩ n ) chịu uốn Khi m ô m cn uốn nhỏ, ứng suất pháp phân b ố (lọc tiết d iện th e o q u y luật dường thung (hình l-3a) Trị số ứng suất thớ hiên có

H ình 1.3: S ự lùm việc của gỗ khi nôn

a) S ự p h â n bô' ứng snâr giơi (loạn đan ( I ) giai (loạn sau (2)

T ăn g tải trọ n g lên, ứng suất vùng nén phân b ố th eo dường cong và tăng chậm , trong vùng nén xuất hiện biến d ạ n g dẻo ứ n g suất kéo vẫn tiếp tục tăn g nhanh th eo quy luật gần như đ ư ờ ng thẳng T rụ c tru n g hoà lui xuống phía dưới Mẫu bắt đầu phá hoại khi ở vùng nén ứng suất đạt cường đ ộ nén, các thớ gỗ nén bị gẫy M ẫu g ỗ bị phá hoại khi ứng suất các thớ b iên dưới đạt cư ờ n g đ ộ kéo

Do sự phân b ố ứng suất thực tế theo đường cong nên xác định ứng suất thớ biên bằne;

M

công thức sức bền vật liệu k h ô n g còn đúnụ Trị số ơ = — chí là cường đ ộ quy ước

T ro n g tính to án kết cấu vẫn d ù n g công thức sức bền vật liệu cho đơn giản nhưng phải thêm hệ s ố đ iều ch ỉn h vào w đ c xcl đến hiện tượng nói trên

M ô đ u n đ à n hồi c ủ a g ỗ ch ịu kéo, uốn xấp xỉ bằng nhau (G ỗ thông Liên X ô cũ

H ìn h 1.4: C úc dụng ép m ặt

u ) D ọc thớ; b) Níịain’ thớ; c) Xiên thớ

Ép m ặt dọc t h ớ : cường đ ộ tương đ ư ơ n g với nén d ọ c thớ

É p m ặt n g ang th ớ c ũ n g n h ư nén n g a n g thớ - Ép m ặt n g a n g thớ c ò n phân ra é p mặt toàn b ộ và é p m ặt cục bộ

H ìn h 1.5: É p m ặ t ngang th ớ

É p m ặt toàn b ộ thực chất là n é n n g a n g thớ, ép m ặt cục b ộ trên m ột phần diện tích tiếp xúc thì cường đ ộ cao nh ất vì còn có sự tham gia chịu lực c ủ a các b ộ phận xung quanh (hình l-5c)

b) C h ịu trư ợ t

T ui' th eo vị trí lực tác d ụ n g đối vói th ớ g ỗ m à ta phân ra trượt d ọ c thớ, trượt n gang thớ, trượt xiên thớ

pCường đ ô trươt tính toán là cường đô trung bình TIb= —— Nếu ngoai lưc chỉ đãt ở 1

phía thì gọi là trượt 1 phía (hình 1 7a) N ế u ngoại lực đặt ở 2 phía thì gọi là trượt 2 phía (hình l-7b)

10

Hình 1.6: Các tntòiHỊ l ì Ợ Ị ) chiu trượt a) Cắt dứ t ílìớ;b) Trượt dọc thớ; c)T vư ợ ĩ ngang tlìớ; d) Trượt xiên thớ

-H ình 1.7: Biểu đồ phân b ố ứng suất trượt

4 C ác nhản tô ả n h hưởng đến cường độ củ a gỗ

ơ |8: Cưòng đ ộ gỗ ở độ ẩm tiêu chuẩn 18%

a : Hệ s ố điều ch ỉn h độ ẩm (gỗ chịu kéo dọc thớ a = 0,015, nén dọc thớ

a = 0,05; nén n g a n g thớ a =0,035, uốn a = 0,04; trượt a = 0,03)

W: Đ ộ ẩm của gỗ

w: C irrn g đ ộ gỗ ở đ ộ ẩm w

b) Ả n h h ư ở n g c ủ a n h iệ t độ

Khi nhiệt đ ộ tãng, cường đ ộ g ỗ giảm T hí nghiệm khi nhiệt đ ộ tăng từ 2()°c lên

Với cấu kiện chịu kéo, kích thước m ắt gồ = 1/4 cạnh thanh gỗ, cường độ của gổ

Đối cấu k iện ch ịu nén, m ắt g ỗ ảnh h ư ờ ng tới cường đ ộ ít hơn M ắt g ỗ kích thước

= 1/3 cạnh cấu k iệ n , cường đ ộ chịu nén của g ỗ giảm 30% X e m T C V N 1074 -71 quy định m ắt g ỗ cho p h é p trong cấu kiện

- Do thớ vặn, k h e nứt - đều ảnh hường nhiều đến cường đ ộ ch ịu lực của gỗ

Vì nhiều n g u y ê n nhân ảnh hưởng tới cường độ của gỗ nên các s ố liệu xác định trong phòng thí n g h iệm khi tính toán g ỗ chi lấy từ 1/8 đến 1/10 cư ờ n g đ ộ thí nghiệm

C hú thích: Cườnq độ tính toán của IỊÔ khi chịu ép mặt xiên thớ ì ỊỊÓC (X dược tính theo công thức:

Cường đ ộ tính toán của gỗ khi chịu trượt xiên thớ 1 góc a được xác định theo công thức:

giảm 70%

( 1 - 1 )

R ’" : Cirừng đ ộ é p mặt ngang tliứ của gỗ

(1-2)

R ’° : Cưòng đ ộ trượt tính toán n gang thớ của gỗ

T hông thường lấy: R®° = - R „

R " - —

12

C h ư ơ n g 2

r Í N H TOÁN CÂU K IỆ N c o BẢN

Phương pháp tính to án k ế t cấu g ỗ theo trạng thái giới hạn được dùng ph ổ biến trong thiết kế

§2-1 TÍNH TOÁN CẨU KIỆN CHỊU KÉO Đ Ú N G TÂM

1 K hái niệm

C ấu k iệ n chịu kéo đú n g tâm khi lực nằm d ọ c theo trục cấu kiện Khi cấu kiện có các ch ồ g iảm yếu ( r ã n h ,lỗ , ) thì hiện tượng k é o đúniĩ tâm xảy ra khi các ch ồ giảm yếu này đối xứng với trục c ấ u kiện (hình 2-1)

2 Đ iều kiện là m việc: T ín h toán theo cường độ

T hanh chịu kéo đú n g tâm được tính toán theo cô n g thức:

T rong đó:

N: Lực kéo tính toán

R k: Cường độ chịu kéo của gỗ

Flh: Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện đã bị thu hẹp do có diện tích giảm yếu (Fgy) Flh= F - Fgy(F: Diện tích tiết diện ngang, Fgy do lỗ liên kết, khuyết t ậ t , )

Nêu khoảng cách giữa các tiết diện giảm y ế u (F gy) nhỏ hơn hay bằng 20cm coi như Irên cùng ] tiết diện ngang đ ể tránh sự phá hoại của gỗ theo đường gẫy khúc

§2-2 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

toán k iểm tra ổn đ ịn h , k iểm tra về đ ộ m ảnh

a) K iểm tra vê' cư ờ n g độ

T ro n g đó:

N: Lực nén tính toán

Flh: Diện tích tiết diện n g an g của cấu kiện bị thu hẹp

R„: Cường độ c h ịu nén của gỗ

b) K iểm tra v ề ổ n đ ịn h

T ro n g đó:

F„: Diện tích tính loán tiết diện ngang của thanh, được lấy nh ư sau:

+ Nếu chỗ giảm yếu không ở m ép cấu kiện ( h ìn h 2 - la ) và Fgy< 2 5 % F ng(tiế t diện nguyên) thì F„ = F ní; khi F?y> 2 5 % F ng thì F„ = 4/3 F,h

+ Nếu chỗ g iảm yếu ở mép cấu kiện và đối xứng (hình 2 - l b ) thì F „ = F lh

+ Nếu chỗ g iả m yếu ờ m ép cấu kiện và không đối xứng (hình 2 - l c ) thì phải tính theo nén lệch tâm

(p : Hệ số uốn d ọ c,d ù n g để xct sự giảm khả năng chịu lực khi bị uốn dọc, được lấy

• Nếu 2 đ ầ u cấu kiện liên kết khớp (hình 2-2a) thì Ịi =1.

• Nếu 1 đầu n g à m 1 đầu khớp (hình 2 -2 b ) thì ị.1 = 0,8

• Nếu 1 đ ầ u ngàrn, 1 đầu tự do (hình 2-2 d ) thì n = 2

K h u v ư c n g u y h iể m

H ình 2.2: H ệ s ố ụ pliụ thuộc điều kiện liên kết

Trị số n có k h á c với lý thuyết vì thực tế gỗ k h ô n g thể ngàm chặt được C h ỗ ngàm bị nén và bị biến dạng

rmi„: B án kính q u án tính nh ỏ nhất của tiết diện nguyên của cấu kiện được tính toán

Đối với tiết diện chữ nhật rmin = 0,289b

[X.]: Đ ộ m ảnh giới hạn cho phép của cấu kiện

Các cấu kiện chịu nén chủ yếu [ A.] =120

Các cấu kiện phụ [X 1=150

Thanh g iằn g kết cấu [Ầ]=200

2 Bài toán th iế t k ế

Căn cứ vào điều kiện liên kết, lực tác dụng, chọn kích thước tiết diện c ủ a cấu kiện

để kết cấu an toàn tro n g sử dụng

T hông thường d ự a vào điều kiện ổn định để chọn tiết diện

Từ (2-3) Đ A C ôsêcốp đã nêu ra phương p h á p đơn giản để trực tiếp tìm ra diện tích

k: Tỷ số giữa 2 cạnh tiết diện k = —

- Đối với tiết diện vuông:

- Đ ối với tiết d iện tròn:

- Đ ối với tiết diện c h ữ nhật:

- Đ ối với tiết diện vuông;

C h ọ n tiết d iệ n m ộ t cột g ỗ ch ịu lực nén đ ú n g tâm trong m ột kết cấu sử d ụ n g lâu dài

C h o biếl: ơ i i ể u dài tính toán /0 = 5m ; Tải trọng tính toán N = 100K N , R„ = 1,3 K N /c m 2

- - — •

§2-3 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU U ố N

Cấu kiện chịu uốn d ù n s phố biến trong công trình kết c ấ u bằng g ỗ , n h ư ván sàn, dầm trần, xà gỗ,

Tưỳ theo ph ư ơ n g của lực tác dụng, cấu kiện chịu uốn chia thành 2 loại: uốn phẳng

và uốn xiên

1 U ốn phẳng

Uốn phang khi : M ặt phẳng tải trọng trùng với m ặt p h ẳ n e đối xứng c ủ a tiết diện, nếu tái trọng là lực tập trung hay lực phân b ố thì lực ấy phái v u ô n g góc với trục [hanh

a) K iể m tra vê' c ư ờ n g đ ộ c ủ a cấu k iệ n

- Kiểm tra về ứ n g suất pháp

18

T ro n e đó:

M: M ô m en uốn tính toán

R„ Cườnp, đỏ chiu uốn tính toán của ịiồ.LI ^

(nếu cạnh tiết diện n h ỏ hơn 15cm thì 1 1 1= 1, nếu cạnh tièì diện lớn h ơ n hoặc bằng 15cmthì m = 1,15 đối với g ỗ xé, m = 1,2 đoi với g ỗ Iròn)

b) K iếm tra vê ứ n g s u ấ t tiếp

Q: Lực cắt tính toán trên tiết diện đang xét

Sx: M ò m en tĩnh của phần tiết diện nguyên bị trượt đối với trục c h ín h trung tâm X

J x: M ô m en q u á n tính chính trung tâm cúa tiết diện,

b: Bc rộng tiết d iện ớ mặt irượt

R„: C ường độ trượt dọc thớ của gồ

3 QĐối với tiết diện c h ữ nhật T - - -

2 F

4 QĐôi với tiết diện hình tròn T = —

3 FChí kiểm Ira ứng suất tiếp đối với các cấu kiện có chiều dài n g ắ n (Tý số chiều dài

cấu kiên và chiều cao tiết diện - < 5 mà lại chịu trọng tái lớn, h o ặ c khi có tải trọng tập

htrung lớn g ầ n gối đỡ)

c) K iể m tro vé đ ộ võ n g c ấ u k iệ n (độ cứng)

ff

- đ ộ võng cho phép c ủ a cấu kiện lấy theo bảng 2 (Phụ lục)

- Dầm hai đầu khớp chịu tải trọng phân b ố đcu k = 0,104

- Dầm hai đầu khóp chịu tải trọng tập trung ở giữa k = 0,083

d) T h iế t k ế tiế t d iệ n c ủ a cấ u k iệ n

Từ diều kiện về cường đ ộ (2-11) la có:

Chọn tiết diện c h o 1 dầm gỗ liên kết 2 đầu là khớp - Chiểu dài d ẩm g ổ I = 4,5m , chịu

trọ n g tải phân b ố đều q lc = 4 K N /m , tải trọng tính toán q = 4.85K N/in, (lộ ''õng tương

12,474.102 1,15.1,3

= 832 cm

384

5 4 0 x 4 ,5 3 x 2 5 0 lo n n nX - —-— — SB12000cm

Kích thước liốt diện:

b = 0.8 X 20,6 = 16,5Chọn tiết diện 2 0 X 18cm c ó w = 12000cm ' > w,

N h ư vậy chọn tiết d iện theo độ cứng là thích hợp

2 U ón xiên

Khi phương tải trọng tác dụng

không nằm Irong mặt phảng của 1 trục

quán lính chính nào c u a tiết diện gọi là

uốn xiên

Ta thường gặp là c á c thanh xà g ồ dật

irên kèo

Trước hết phàn tải Irọng tác dụng

theo các trục c h ín h của tiết diện

t|y = q.coscx; C]x = sin a , sau đ ó tính mô

men ch ố n g uốn của tiết diện đ ã thu hẹp

T rong đó R u là cường đ ộ chịu uốn tính toán của gỗ

- Để chọn tiết diện cấu kiện ta biến đổi (2-16)

T hay c á c trị s ố n à y vào (a) giải ra đối với W x sẽ có:

Chọn tiết diện xà g ồ c h o nhà c ó m ái dốc a = 25°.

C h o biết chiều dài n h ịp / = 3,6m Tải trọng tiêu chuẩn q'c = 1,3 K N /m Tải trọngtính toán q" = 1,8 K N /m Đ ỏ võng tương đối cho phép * = 1/200 C ường đ ộ chiu uốncủa gỗ R u = 1.3 K N /c n r

D ù n g liết d iện x à g ồ kích thước 12 X 14 c m - có W x = 391 c n r ; W y = 3 3 6 c i n ' ;

N h ư vậy tiết d iện đ ã c h ọ n 12 X Ỉ 4 c m là p h ù hợp

§2-4 TÍNH TOÁN CÂU KIỆN CHỊU NÉN - U ố N

T ro n g kết cấu g ồ th ư ờ n g g ặ p c á c cấu k iện vừa ch ịu lực n é n d ọ c , vừa c h ịu m ô m en uốn n h ư c ộ t c h ịu lực n é n lệch tâm , cột vừa c h ịu lực m á i vừa ch ịu gió, cấu k iện bị cong hay c ó lỗ k h u y ế t k h ô n g đối x ứ n g (h ìn h 2-6)

1 K iểm tra ú n g su ất tron g m ật phẩng uốn

chịu lực của cấu kiện là để chịu lực nén, không cho phép có thêm lực uốn tác dụng

- Tí sô' — : Hệ s ố quy đổi ứng suất tương đương giữa cường đ ộ chịu nén và uốn của gỗ

- Q uy pham qu y đinh: Nếu ứng suất uốn ^ < 1 0 % — thì không xét đến m ô men

uốn, tính nh ư cấu kiện chịu nén đúng tâm theo điều kiện ổn định

2 K iểm tra ứ ng su ất tron g mặt phẳng vuông góc với m ặt p h ản g uốn

Trường hợp này b ỏ qua m ô men uốn và tính như cấu kiện chịu nén đ ú n g tâm iheo điều kiện ổn định (2-3)

3 C họn tiết d iện cua cáu kiện chịu nén - uốn

Đơn vị cua / là rn, N là KN, R„ là K N /c n r , M là KN.cm

Nếu e < lem thì tính n h ư cấu kiện chịu nén đ ú n g làm

T h í d ụ 2-6:

Chọn liết diện c h o m ội kếl cấu chịu nén - uốn

Biết chiều dài kết cấu 3m, hai đầu liên kết ngàrn c ố định, lực ncn tính toán N = 200KN

m ò m en uốn lính (oán M = 4 K N in , cường độ tính toán của g ỗ R „ = 1,3 K N /cm 2, R„ = 1,5

C họn tiết diện chữ nhật 16 X 18cm ihì W x= 7 6 8 c n ỳ và F = 16 X 18=288cm 2

C hiều dài tính toán c ủ a thanh

Ả V

100 )

'IO \ ^42,3

cp = I - 0,8

1 0 0 7

q = - ^ - = - 2QQ - = 0 ,8 K N /c m ĩ < R n =1,3KN / e m 2 cp.F 0,857.288

V ậy tiết diện (1 6 x l8 ) c m 2 là đảm b ả o chịu lực

N guyên nhân gây ra hiện tượng kco - uốn cũng giống như trường h ợ p ch ịu nén - uốn, nhưng ở đây lực dọc trục N là lực kéo

T rong đ ó :

N: Lực k é o tính toán

M: M ô m en d o tải trọng ngang hoặc lực dọc tác d ụ n g lệch tâm g â y ra

W lh,FIh: T ính tại tiết diện có m ô men tính toán M

26

/lr: Chiều dài m ặ t trượt quá giang.

• G iao đ iếm cùa N n (Lực nén của thanh kèo) và Nk (lực kéo của thanh q u á giang)

là tâm của g ỗ đ ệm trên đính cột

h m: C hiều sâu rãnh mộng

T ừ (3-1):

R"m: tính theo (1-1)

a : Góc hợp bởi trục thanh kèo và quá giang

- K iểm tra trượt ở đuôi mộng

(3-2)

(3-3)

28

p-iỉ-P: Hệ số phụ thuộc h ìn h thức trượt.

- Trượt 1 phía p = 0 ,2 5 (hình 3-2a)

- Trượt 2 phía p = 0,125 (hình 3-2b)

e: Đ ộ lệch tàm của lực trượt

e = 0 ,5 h đối với lực trượt 1 phía

e = 0 ,2 5 h khi rãnh m ộ n g ở 2 phía và chịu lực đối xứng (hình 3-2)

(3-5)

Hình 3.2:

u) Trượt ì phía; b) Trượt 2 plìía.

Kiểm tra cấu kiện bị giảm yếu d o khắc rãnh m ộ n g gây ra

N

< R

lh

N k: Lực kéo tác dụng lên quá giang.

R k: Cường đ ộ chịu kéo dọc thớ của gỗ

Flh: Diện tích tiết diện bị thu hẹp c ủ a cấu kiện do rãnh m ộng

F„,= b (h-hm)

- Bu lông bảo hiểm:

Bu lông vừa c ó tác d ụ n g xiết chặt thanh kèo

vào q u á g ian g vừa đề p h ò n g trường hợp liên kết bị

p h á hoại d o trượt hoặc đứt do giảm yếu tiết diện

T hực nghiệm c h o ta tính được lực bu lông phải

Fw: Diện tích tiết diện của bu lông lấy theo bảng

(3 6)

Hình 3.3: C ân bằng lực

m ộng I răng

- Đ inh đ ó n g guốc k è o vào quá giang.

Xác định lực tác d ụ n g lên đinh phải chịu (Td)

(0,2 là hệ s ố m a sát m ặt tiếp xúc guốc kèo vào quá giang)

Sau khi c ó T d tính được số lượng đinh cần dùng

- G uốc kèo: T hông thường chọn g ỗ cùng loại với q u á giang, c ó bề rộng b ằ n g bề

rộ n g q u á giang, c ó chiều cao bằng chiều sâu rãnh mộng

- Chọn kích thước tiết diện quá giang

T ừ điều kiện chịu é p mặt

Như vậy chọn /„ = 5 0 c m là thích hợp cả đ iều kiện cấu tạo và điều kiện chịu lực

- Kiểm tra tiết d iện g iảm yếu của quá g ian g d o rãnh mộng

v = ~ L < R k ; N k = N nc o s a ; Flh = b ( h - h j

F,„

2 M ộ n g đuôi kèo 2 răng

Khi lực nén N„lớn., imiộng một răng không đủ khả nãng ch ịu ép mặt, ta phải thiết kè lĩìộng 2 răng Như vậy' tmiỏng hai răng mục đích tăng tiết diện m ặt é p (Fcm) để đủ khả

năng chịu lực.

- Yêu c ầ u cấu tạo.

+C hiều dài m ặt trưíỢi tthứnhất là /,

+ Đinh răn g th ứ hai n ằm trên dường trục của thanh chịu nén đ ể ứng suất phân b ố tương đối dều trên các d iện tích é p mặt.

C ác trục th an h N k, N„ cũng phải hội tụ n h ư m ộng 1 răng, N k đi q u a trọ n g tâm tiết diện thu hẹp Flh

+ Fcm = F Cm + • Diện tích ép mặt của từ ng răng tỷ lệ với lực dọc tác d ụ n g lênrăng đó Vì vậy:

T rong đó:

N ’„: Lực trượt tính toán đối với răng thứ nhất

N„ = N nc o s a : Lực trượt toàn bộ,cũng là lực trượt tính toán đối với răng th ứ hai

+ Du c h ế tạ o k h ó ch ín h xác, khi chịu lực răng thứ nhất làm việc nặng n ề hơn Vì vậy <;ần có h ệ s ố điều kiện làm việc Khi tính /lr hệ s ố điều kiện làm việc b ằ n g 0,8, khi tính /„ hệ s ố đ iề u kiện làm việc bằng 1,15

Cóng thức tín h về cường đ ộ chịu lực của g ỗ ch ịu trượt:

+ Bu lô n g b ả o h iểm , đặt m ỗi răng 1 bu lông

C ó 2 loại chốt - chốt trụ bằng thcp tròn (bu lông, đinh ) chốt bản bằng g ỗ , thép.

c) Đinh ; íI) Đinh v í t ; e) Chốt bản bằng gỗ.

d > 6 m m thì phải k hoan lỗ trước khi đóng đinh, đường kính lỗ khoan = 0,9d đinh

a) Đ ặ c đ iểm là m việc của c h ố t

Chốt có tác d ụ n g ch ống lại hiện tượng trượt xáy ra giữa các phân tố được g h é p khi

chịu ngoại lực tác dụng Khi liên kết bị phá hoại do 2 khả năng hoặc chốt bị cắt ở tiết

diện n g a n g tại m ặt tiếp xúc giữa 2 phân tố, hoặc chốt bị biến d ạ n g gây ra h iệ n tượng é p

H ình 3.6: Sự làm việc của chốt m ộỉ m ật cất hi biến dạng,

a) S ơ đ ồ tính toán của c h ố t; b) Biến đố ỉìỉômen của c h ố t; c) Biếu đổ /ực cát của chỏi

34

Hình 3.7: S ơ đổ liên kết bằng chốt trụ

u ) Liên kết bằng chốt trụ ì mặt cắ t (không đối xứng);

b ,c) Liên kết bằm ’ (hót trụ nhiều mật củt dôi xứng.

- Ký hiệu : a,c là bề dày cứa phân tố biên và giữa trong liên kết.

- T ’n ,T!jn : Khả n ă n g chịu lực của một mặt cắt của chốt trụ tính theo điều kiện ép mặt ở phân t ố biên và phân tố giữa

- T u: Khá n ă n g c h ịu lực c ủ a m ột m ậi cắt c ủ a c h ố t trụ khi tính th e o đ iề u kiện uốn

c ủ a chốt

T “n ,T®n ,T U - lấy th e o cô n g thức thực nghiệm ở bảng 3 (Phụ lục).

T rong cô n g thức trên:

a, c, d đơn vi tính là cm

T là k h ả n ă n g chịu lực c ủ a một mặt cắt chốt (KN)

T c ó giá trị n h ỏ nhất tro n g ' C , Tac„,, T„

Biết lực tác d ụ n g N vào liên kết

N

m T

T rong đ ó :

mc : là số m ật cắt tính toán trên một thân chốt

n: s ố chốt cần thiết trong liên kết

- C ông thức tính trong b ản g 3 á p dụng cho nh ữ n g liên kết m à lực tác d ụ n g dọc theo

thớ của gỗ, khi tác dụn g h ọ p 1 góc a với phương thớ g ỗ của 1 phân t ố n ào đó của liên

kết, thì các trị s ố tính được theo cổng thức Irên phải nhân với hệ số điều chính k u khitính ép mặt, và nhân tố hệ số ự k ( khi tính theo bị uốn

T rư ờ n g h ợ p a và d không ghi trong b ả n g 3 có thể xác định k a b ằ n g các nội suy.

c) B ố t r í c h ố t trụ

ơ)

Ư j (õ

Hình 3.8: C ác cách bô trí chốt trụ

a) B ố trí song song ; b) B ố trí so le.

Đ ể đ ả m b ả o liên kết và kết cấu làm việc an toàn trong sử dụng, khi bô' trí c h ố i phải

tu â n th e o q u y đ ịn h ở bảng trên c ó thể lấy kho ản g cách lớn hơn, n h ư n g th e o s ố c h ẵ n để thi công

s , = 3d = 3 x 1,6 = 4,8cm : lấy chẵn s , = 5cm

d) T ín h to á n g h é p n ố i b ằ n g đ in h c h ịu lực

Đ inh có đầu nhọn và m ũ đinh Đinh được đ ó n g trực tiếp vào g ỗ , n ế u đ ư ờ n g kính đinh lớn ( d > 0 ,6 cm ) thì phải k h oan mồi rồi mới đóng, do tính chất làm việc nên c ũ n g xếp đinh th u ỏ c loại chốt

T ính toán đinh: T ính k h ả n ă n g chịu lực tại m ộ t m ặt cắt được tính th e o b ả n g n h ư tính chốt gỗ và chốt thép, nhưng đối với đinh cần chú ý :

* Đ inh đ ó n g vào g ỗ c ó thể xuyên qua hết các bản g ỗ ghép h o ặc không x u y ê n qua

hết các b ả n g ỗ g h é p và đ ư ợ c tính n h ư sau:

- T rường hợp đinh đ ó n g x u yên q u a hết các bản g ỗ ghép thì ch iề u d à y c ủ a bản g ỗ cuối cùng cũ n g phải trừ đi l ,5 d (coi n h ư không làm việc vì bị tước)

a, = a - l,5 d > 4d

- Trường hợp đinh đ ó n g không xuyên q u a hết các bản g ồ ghép thì chiều dày làm việc c ủ a bản g ỗ cuối c ù n g được tính n h ư sau:

a, = /d - (a + Ĩ.C + m c 0,2 + 1,5d) > 3,5d

T rong đó:

/đ: Chiều dài của đinh

ZC : T ổ n g chiều dày g ỗ ghép ở c h ỗ đinh xuyên qua.

mc 0,2cm: T ổng các khoảng khe h ở giữa các tấm ghép (quy định mỗi khe h ở là 2mm) l,5 d : Chiều dài đầu n h ọ n đinh

V ậy a, = 2,35cm > 3,5d = l,7 5 cm

T ín h khả n ă n g chịu lực của đinh

38

1,464Chọn s ố đinh là 28

Bố trí 4 h à n g đinh mỗi hàng 7 đinh

Phần II

KẾT CẤU THÉP

C h ư ơ n g 4

T H É P DÙNG T R O N G XÂY DỤNG

§4-1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT CÂU THÉP TRONG XÂY DỤNG

1 Sơ lược về lịch sử p h át triển

Kết cău th ép ra đời sau kết cáu gạch đá và kết cấu gỗ Năm 4 6 5 -4 7 2 chiếc c ầ u bẳng gang đầu tiên được xây d ự n g ở T rung Q uốc Đ ến t h ế k ỷ XVII, ở ch âu  u mới bắt đầu xuất hiện m ộ t sô' công trình xây dựng kết cấu bằng kim loại: Cung đ iện ở N g a , cầu thép

ở Anh, Đ ế n th ế kỷ X IX , kết cấu thép phát triển nh an h , mộl số c ô n g trình lớn ra đời ở

cao 382m , nhà cao tầrig b ẳ n s th ép ờ M ỹ cao 382m Ở Việt Nam, cầu th ép L o n g Biên dài 1683m (xây dựng nãm 1902), cột điện qua sóng H ổ n g cao 160m

2 Ưu k h u y ết đ iểm c ủ a thép

a) ư u đ iểm

- T h é p là vật iiệ u c ó tín h đ ổ n g n h ấ t, đ ẳ n g h ư ớ n g , c ó m ô đ u n đ à n h ồ i c a o (E = 2,1.1Ò4 K N /cm 2)

- L à loại vật liệu n h ẹ so với kết cấu bê tông ho ặc kết cấu gạch đá Kếi cấu thép có thể được c h ế tạo trước ở hiện trường hoặc trong xưởng, đạt độ chính xác cao

Kết cấu th ép thi c ô n g dựng lắp nhanh, c ác công trình sớm đưa vào sử d ụ n g và phát huy hiệu quả kinh tế

b) N h ư ợ c điểm

- T h ép dễ bị han gỉ, m ất nhiều chi phí bào (lưỡng

- K ế t cấu th ép ch ịu n h iệt k é m , nhiệt đ ộ 5 0 0 °c trở lên thép k h ô n g c ò n khả nãng

ch ịu lực

Giá thành thép còn cao,khi xây dựng cần so sánh lựa chọn sử d ụ n g kết cấu n à o cho hợp lý, (kết cấu bê tông, kết cấu gạch đá,kết cấu gỗ, kết cấu ihép)

40

- Để n â n g c a o tính c ơ h ọ c của thép và hạn c h ế một số nhược điểm của nó, người ta đưa thêm vào th àn h p h ầ n của thép một số kim loại m ầu như Ni, C r , M n , Cu tỷ lệ kim loại m áu trong th ành phần c ủ a thép <2,5% và gọi là th ép hợp kim thấp.T hép hợp kim thấp c ó ưu điểm: C ư ờ n g đ ộ cao , ch ống ăn m òn tốt, dễ gia công c h ế tạo, nhưng giá thành còn cao K ý hiệu của L iê n X ô (cũ) 6 4 f 2 , 1 5 r c , 15XCH.

- Hợp kim n h ô m c ó n h iều ưu điểm: nhẹ (trọng lượng riêng lừ 2,7 đến 2,8 tấn/m 3 chỉ

b ằ n g 1/3 trọng lượng c ủ a thép), ít bị ăn mòn Ở các nước tiên tiến đ a n g dùng nhiều hợp kim nhôm trong c ô n g trình xây dựng (giá thành còn đắt)

2 C ường độ tín h to á n (R = K N /cm 2)

T h eo tiêu ch u ẩn V iệt N a m , th ép cán PÓng có 4 n hóm C-I, C-II, C-III, C-IV Thép nhập từ các nước Đ ô n g  u c h ủ yếu có các n hóm A-I, A-II, A-III, A-1V, tương đương 4 nhóm của TCVN

3 H ình d ạ n g th ép th ư ờ n g d ù n g tron g n gàn h xây dựng

Ngoài ra còn loại th ép đúc: vuông, tròn, thép ố n g tròn

- Loại th ép bản có chiều d à y từ 4m m đến 6 0 rnm, các cấp khác nhau 2mm

- Loại th ép bản m ỏ n g c ó chiều dày từ 0,2 đến 4 m m thường được d ù n g làm tấm lợp

- Các thanh m ỏng

a)

H ình 4.1: Cúc loại thép hình p h ổ biển