Microsoft Word 1 LU?N ÁN docx TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH ; BỘ MÔN KẾT CẤU VẬT LIỆU UNIVERSITY OF TRANSPORT TECHNOLOGY BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU 1 MÃ HỌC PHẦN DC. BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU 1 MÃ HỌC PHẦN DC2CT18 BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU 1 MÃ HỌC PHẦN DC2CT18 BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU 1 MÃ HỌC PHẦN DC2CT18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH ; BỘ MƠN KẾT CẤU - VẬT LIỆU UNIVERSITY OF TRANSPORT TECHNOLOGY BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU MÃ HỌC PHẦN DC2CT18 GV giảng dạy: TS Lê Nguyên Khương ThS.GVC Trần Thị Lý ThS Nguyễn Mạnh Hà TS.GVC Nguyễn Thùy Anh ThS Ngô Thị Hồng Quế ThS Lê Thị Như Trang ThS Đỗ Duy Tùng ThS Trịnh Thị Hoa ThS Cao Minh Quyền Hà Nội, 2019 MỤC LỤC Chương PHÂN TÍCH CẤU TẠO HÌNH HỌC PHẲNG 1.1 Mở đầu 1.2 Khái niệm hệ bất biến hình, biến hình, biến hình tức thời 1.2.1 Hệ bất biến hình (BBH) 1.2.2 Hệ biến hình (BH) 1.2.3 Hệ biến hình tức thời (BHTT) 1.3 Bậc tự kết cấu phẳng .2 1.4 Phân tích cấu tạo kết cấu phẳng 1.4.1 Các loại liên kết 1.4.2 Phân tích cấu tạo kết cấu phẳng Chương TÍNH KẾT CẤU TĨNH ĐỊNH CHỊU TẢI TRỌNG CỐ ĐỊNH .12 2.1 Xác định nội lực dầm tĩnh định chịu tải trọng cố định 12 2.1.1 Khái niệm phân loại loại dầm 12 2.1.2 Biểu đồ nội lực .16 2.2 Xác định nội lực khung tĩnh định chịu tải trọng cố định 27 2.2.1 K hái niệm 27 2.2.2 Xác định nội lực mặt cắt khung .28 2.2.3 Biểu đồ nội lực khung 30 2.3 Xác định nội lực vòm tĩnh định chịu tải trọng cố định 34 2.3.1 Khái niệm .34 2.3.2 Xác định phản lực gối vòm .35 2.3.3 Xác định nội lực mặt cắt vòm 36 2.3.4 Khái niệm trục vòm hợp lý 38 2.4 Xác định nội lực dàn phẳng tĩnh định chịu tải trọng cố định .39 2.4.1 K hái niệm 39 2.4.2 Phương pháp tách nút .42 2.4.3 Phương pháp mặt cắt đơn giản .44 Chương TÍNH KẾT CẤU TĨNH ĐỊNH CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 47 3.1 Khái niệm tải trọng di động .47 3.2 Khái niệm cách vẽ đường ảnh hưởng 47 3.2.1 Khái niệm đường ảnh hưởng 47 3.2.2 Cách vẽ đường ảnh hưởng (ĐAH) 49 3.3 Đường ảnh hưởng dầm tĩnh định 49 3.3.1 Đường ảnh hưởng dầm giản đơn 49 3.3.2 Đường ảnh hưởng dầm mút thừa 53 3.3.3 Đường ảnh hưởng dầm tĩnh định nhiều nhịp 58 3.3.4 Đường ảnh hưởng dầm chịu tải trọng gián tiếp (dầm có hệthống truyền lực) .59 3.4 Đường ảnh hưởng dàn phăng tĩnh định 61 3.4.1 Đường ảnh hưởng phản lực gối 61 3.4.2 Đường ảnh hưởng nội lực .61 3.5 Đường ảnh hưởng vòm tĩnh định .66 3.6 Sử dụng đường ảnh hưởng đê tính giá trị đại lượng nghiên cứu 66 3.6.1 Tải trọng cố định tập trung .66 3.6.2 Tải trọng cố định phân bố 68 3.6.3 Mô men cố định tập trung 69 3.7 Sử dụng đường ảnh hưởng đê xác định vị trí bất lợi tải trọng tiêu chuân .74 3.7.1 Tải trọng di động phân bố 74 3.7.2 Tải trọng di động tập trung .76 Chương TÍNH CHUYỂN VỊ CỦA KẾT CẤU PHẲNG TĨNH ĐỊNH .85 4.1 Các khái niệm chuyên vị 85 4.1.1 Khái niệm .85 4.1.2 Nguyên nhân gây chuyển vị .85 4.1.3 Phân loại ký hiệu chuyển vị .85 4.2 Công thực, công giả ngoại lực, nội lực 87 4.2.1 Công thực ngoại lực 87 4.2.2 Công thực nội lực 88 4.2.3 Công giả ngoại lực 88 4.2.4 Công giả nội lực .89 4.3 Các định lý tương hỗ 89 4.3.1 Định lý tương hỗ ngoại lực .89 4.3.2 ĐỊnh lý tương hỗ chuyển vị đơn vị 90 4.3.3 Định lý tương hỗ phản lực đơn vị 90 4.3.4 Định lý tương hỗ chuyển vị đơn vị phản lực đơn vị 91 4.4 Tính chuyển vị kết cấu 92 4.4.1 Tính chuyển vị tải trọng .92 4.4.2 Tính chuyển vị thay đổi nhiệt độ .94 4.4.3 Tính chuyển vị chuyển vị liên kết 96 4.5 Tính chuyển vị kết cấu phương pháp nhân biểu đồ 96 BỘ MÔN KẾT CẤU - VẬT LIỆU Chương PHÂN TÍCH CẤU TẠO HÌNH HỌC PHẲNG 1.1 Mở đầu Kết cấu chịu lực sử dụng cơng trình xây dựng cấu tạo từ cấu kiện riêng lẻ nối với theo quy luật để tạo thành hệ có khả chịu tất tải trọng tác nhân khác suốt q trình khai thác cơng trình Do vậy, trước tính tốn kết cấu ta phải nắm vững nguyên tắc cấu tạo kết cấu - Đây nội dung chương 1.2 Khái niệm hệ bất biến hình, biến hình, biến hình tức thời 1.2.1 Hệ bất biến hình (BBH) 1.2.1.1 Định nghĩa Là hệ chịu tác dụng tải trọng giữ nguyên dạng hình học ban đầu nó, ta coi biến dạng đàn hồi cấu kiện không đáng kể, coi cấu kiện tuyệt đối cứng 1.2.1.2 Ví dụ Hệ gồm AB, BC, CA cứng tuyệt đối, có chiều dài khơng đổi, liên kết với khớp lý tưởng A, B, C Hình 1.1 hệ BBH Thật vậy, coi AB, BC, CA tuyệt đối cứng có chiều dài khơng đổi, ta dựng tam giác ABC mà 1.2.1.3 Ứng dụng Trừ vài trường hợp đặc biệt, cịn nói chung kết cấu xây dựng phải hệ BBH 1.2.2 Hệ biến hình (BH) 1.2.2.1, Định nghĩa Là hệ mà chịu tải trọng, thay đổi dạng hình học cách hữu hạn, ta coi BỘ MƠN KẾT CẤU - VẬT LIỆU 1.2.2.2 Ví dụ Hệ gồm AB, BC, CD, DA cứng tuyệt đối, có chiều dài khơng đổi, liên kết với C ~l I D Hình 1.2 khớp lý tưởng A, B, C, D Hình 1.2 hệ biến hình 1.2.3 Hệ biến hình tức thời (BHTT) Hệ BHTT hệ chịu tải trọng thay đổi dạng hình học vơ bé (nếu bỏ qua lượng vô bé bậc cao thay đổi kích thước hình học) ta xem cấu kiện hệ tuyệt đối cứng P Ao^lB- TBT oo Hình 1.3 Hệ BHTT 1.3 Bậc tự kết cấu phẳng Bậc tự hệ số thơng số độc lập dùng để xác định vị trí hệ với hệ khác xem bất động Đối với hệ trục tọa độ bất động mặt phẳng, điểm có hai bậc tự hai chuyển vị tịnh tiến theo phương khác nhau, cịn miếng cứng có bậc tự chuyển động tịnh tiến thao phương khác chuyển động quay quanh giao điểm phương BỘ MƠN KẾT CẤU - VẬT LIỆU 1.4 Phân tích cấu tạo kết cấu phẳng 1.4.1 Các loại liên kết 1.4.1.1 Liên kết đơn giản Là liên kết nối miếng cứng với a) Liên kết loại (liên kết thanh) + Cấu tạo: gồm (thẳng cong) có khớp lý tưởng đầu + Tính chất: - Tính chất động học: Liên kết khử bậc tự do, dịch chuyển tịnh tiến theo phương nối khớp Thật vậy, xét hệ gồm miếng cứng A - B liên kết với LK Hình 1.4 Nếu coi miếng cứng A cố định, liên kết ngăn cản chuyển động miếng cứng B miếng cứng A theo phương nối khớp đầu thanh, nghĩa khử bậc tự miếng cứng B miếng cứng A - Tính chất tĩnh học: Liên kết làm phát sinh thành phần phản lực liên kết có phương trùng với phương nối khớp Vậy, định nghĩa mặt cấu tạo, ta định nghĩa liên kết mặt chất là: Liên kết liên kết khử bậc tự làm phát sinh phản lực liên kết X X Hình 1.4 + Căn vào định nghĩa trên, ta thấy: cấu tạo liên kết không thiết phải mà miếng cứng bất kỳ, có khớp lý tưởng đầu Hình 1.5, C miếng cứng (có thể có hình dạng bất kỳ) có khớp đầu tương đương liên kết Hình 1.5 BỘ MÔN KẾT CẤU - VẬT LIỆU + Liên kết khái niệm mở rộng gối tựa di động (Hình 1.6) B Liên kết khớp Liên kết Hình 1.6 b) Liên kết loại (Liên kết khớp) + Cấu tạo: Gồm khớp lý tưởng (Hình 1.7) + Tính chất: - Tính chất động học: Liên kết khớp khử bậc tự do, chuyển động tịnh tiến theo phương vng góc với Thật vậy, xét hệ A-B Hình 1.7a, coi miếng cứng A cố định, liên kết khớp ngăn cản dịch chuyển tịnh tiến B theo phương vng góc với nhau, B quay quanh khớp - Tính chất tĩnh học: Liên kết khớp làm phát sinh thành phần phản lực vng góc với Vậy ta định nghĩa, liên kết khớp liên kết khử bậc tự làm phát sinh thành phần phản lực qua khớp + Từ định nghĩa ta kết luận: liên kết khớp tương đương liên kết Trên Hình 1.7c, miếng cứng A B liên kết với liên kết Khi miếng cứng B bị khử bậc tự quay quanh khớp giả K Hình 1.7 + Liên kết khớp khái niệm mở rộng gối tựa cố định (Hình 1.6) c) Liên kết loại (liên kết hàn) + Cấu tạo: Gồm mối hàn + Tính chất: - Tính chất động học: Liên kết hàn khử bậc tự Thật vậy, xét hệ A-B BỘ MƠN KẾT CẤU - VẬT LIỆU Hình 1.8, coi miếng cứng A cố định, liên kết hàn khử bậc tự miếng cứng B so với miếng cứng A, tức miếng cứng B không dịch chuyển tịnh tiến được, không quay so với A - Tính chất tĩnh học: Trong liên kết hàn xuật thành phần phản lực liên kết, thành phần phản lực lực, thành phần phản lực mô men ^ Liên kết hàn liên kết khử bậc tự làm phát sinh thành phần phản lực liên kết: thành phần phản lực liên kết lực thành phần phản lực liên kết mô men + Từ định nghĩa, ta thấy: Một liên kết hàn tương đương với liên kết liên kết khớp liên kết + Liên kết hàn khái niệm mở rộng liên kết ngàm (Hình 1.8) Liên kết ngàm Hình 1.8 1.4.1.2 Liên kết phức tạp Là liên kết nối từ miếng cứng trở lên với Trong thực tế ta gặp liên kết phức tạp dạng khớp phức tạp (khớp bội) liên kết hàn phức tạp (hàn bội) Để tiện nghiên cứu, người ta thường quy đổi liên kết phức tạp thành liên kết đơn giản loại tương đương a) Liên kết khớp phức tạp + Trước thiết lập công thức quy đổi từ liên kết khớp phức tạp liên kết khớp đơn ta xét ví dụ Hình 1.9a: ba miếng cứng A, B, C liên kết với liên kết khớp bội Nếu coi miếng cứng A cố định, ta thấy liên kết khớp bội khử bậc tự miếng cứng B bậc tự miếng cứng C Như vậy, tổng cộng có bậc tự bị khử Mặt khác, ta biết, liên kết khớp đơn khử bậc tự do, để khử bậc tự ta cần liên kết khớp đơn BỘ MÔN KẾT CẤU - VẬT LIỆU Vậy ta kết luận rằng: Cứ miếng cứng tham gia liên kết khớp bội, khớp bội quy đổi thành liên kết khớp đơn, nghĩa số khớp đơn quy đổi số miếng cứng giảm đơn vị Lý luận tương tự với hệ có số miếng cứng nhiều hơn, ta rút trường hợp tổng quát: Xét hệ có D miếng cứng tham gia vào liên kết khớp phức tạp, gọi K số khớp đơn quy đổi từ liên kết phức tạp Khi cơng thức quy đổi từ khớp bội khớp đơn là: (1.1) Hình 1.9 - Với hệ Hình 1.9b, số khớp đơn là: K = - = b) Liên kết hàn phức tạp - Với cách lập luận tương tự trên, ta xét hệ có D miếng cứng tham gia liên kết hàn phức tạp, gọi H số mối hàn đơn quy đổi từ liên kết hàn phức tạp đó, cơng thức quy đổi là: - Với hệ Hình 1.10, số mối hàn đơn là: H = -1 = (1.2) 1.4.2 Phân tích cấu tạo kết cấu phẳng Phân tích cấu tạo kết cấu phẳng việc xem xét tính chất BBh hệ kết cấu phẳng Để