Giao trinh co hoc ket cau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CƠ HỌC KẾT CẤU NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG LÝ TRƯỜNG THÀNH (chủ biên) LỀU MỘC LAN - HỒNG ĐÌNH TRÍ CƠ HỌC KẾT CẤU NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG LÝ TRƯỜNG THÀNH (chủ biên) LỀU MỘC LAN - HỒNG ĐÌNH TRÍ CƠ HỌC KẾT CẤU NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2006 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Cơ học kết cấu lần biên soạn theo đề cương “Chương trình giảng dạy môn Cơ học kết cấu” tiểu ban môn học Bộ Giáo dục Đào tạo soạn thảo So với lần xuất trước, giáo trình lần viết ngắn gọn, rõ ràng có bổ sung, sửa chữa, điều chỉnh số phần để thuận tiện cho việc học tập sinh viên Sách dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành Trường Đại học Thủy lợi, làm tài liệu tham khảo cho ngành trường Đại học khác, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư, nghiên cứu sinh cán kỹ thuật có liên quan đến tính tốn kết cấu cơng trình Phân cơng biên soạn sau: TS Lý Trường Thành viết chương mở đầu, Chương Chương chủ biên; Ths Lều Mộc Lan viết Chương 1, 4, 5; PGS.TS Hồng Đình Trí viết Chương 6, 7, 8; Ths Phạm Viết Ngọc giúp đỡ chế sửa chữa thảo sách Tuy có nhiều cố gắng biên soạn, song khó tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc để hoàn thiện lần xuất sau CÁC TÁC GIẢ MỞ ĐẦU ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA MƠN HỌC Một cơng trình xây dựng gồm nhiều cấu kiện liên kết lại với chịu lực gọi kết cấu Cơ học kết cấu mơn khoa học thực nghiệm trình bày phương pháp tính tốn kết cấu độ bền, độ cứng độ ổn định cơng trình chịu nguyên nhân tác dụng khác tải trọng, thay đổi nhiệt độ, chuyển vị liên kết tựa Tính kết cấu độ bền nhằm đảm bảo cho cơng trình có khả chịu tác dụng ngun nhân bên ngồi mà khơng bị phá hoại Tính kết cấu độ cứng nhằm đảm bảo cho cơng trình khơng có chuyển vị rung động lớn tới mức làm cho cơng trình trạng thái làm việc bình thường điều kiện bền cịn bảo đảm Tính kết cấu mặt ổn định nhằm đảm bảo cho cơng trình bảo tồn vị trí hình dạng ban đầu trạng thái cân biến dạng Cơ học kết cấu giống Sức bền vật liệu nội dung nghiên cứu phạm vi nghiên cứu khác Sức bền vật liệu nghiên cứu cách tính độ bền, độ cứng độ ổn định cấu kiện riêng biệt, trái lại Cơ học kết cấu nghiên cứu tồn cơng trình gồm nhiều cấu kiện liên kết lại với Nhiệm vụ chủ yếu Cơ học kết cấu xác định nội lực chuyển vị cơng trình Độ bền, độ cứng độ ổn định cơng trình liên quan đến tính chất học vật liệu, hình dạng kích thước cấu kiện nội lực phát sinh cơng trình Hơn kích thước cấu kiện lại phụ thuộc vào nội lực kết cấu Do cơng việc tính cơng trình xác định nội lực chuyển vị phát sinh cơng trình tác động bên ngồi Các mơn học tiếp sau như: Kết cấu bê tơng cốt thép, kết cấu thép, gỗ.v.v…dựa vào tính vật liệu nghiên cứu để tiến hành giải ba tốn trình bày mơn Sức bền vật liệu là: tốn kiểm tra, toán thiết kế toán xác định tải trọng cho phép theo điều kiện bền, cứng ổn định Ngồi Cơ học kết cấu cịn nghiên cứu dạng kết cấu hợp lý nhằm tiết kiệm vật liệu xây dựng Môn Cơ học kết cấu cung cấp cho kỹ sư thiết kế kiến thức cần thiết để xác định nội lực chuyển vị kết cấu, từ lựa chọn kết cấu có hình dạng kích thước hợp lý Mơn học giúp cho kỹ sư thi cơng phân tích đắn làm việc kết cấu, nhằm tránh sai sót q trình thi cơng tìm biện pháp thi cơng hợp lý PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khi tính tốn cơng trình thực, xét hết yếu tố liên quan, tốn phức tạp khơng thể thực Để đơn giản tính tốn, phải đảm bảo độ xác cần thiết, ta đưa vào số giả thiết gần Bởi Cơ học kết cấu môn khoa học thực nghiệm; nghiên cứu lý luận thực nghiệm gắn liền với Các kết nghiên cứu lý luận tin cậy thực nghiệm xác nhận A Các giả thiết - Nguyên lý cộng tác dụng Cơ học kết cấu sử dụng giả thiết Sức bền vật liệu là: Giả thiết vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi tuyệt đối tuân theo định luật Hooke, nghĩa biến dạng nội lực có liên hệ tuyến tính Giả thiết biến dạng chuyển vị công trình (kết cấu, hệ ) nhỏ so với kích thước hình học ban đầu Giả thiết cho phép xác định nội lực theo sơ đồ kết cấu khơng có biến dạng Nhờ hai giả thiết áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng (hay nguyên lý cộng tác dụng) để tính tốn kết cấu Ngun lý phát biểu sau: Một đại lượng nghiên cứu nhiều ngun nhân tác dụng đồng thời cơng trình gây ra, tổng đại số (tổng hình học) đại lượng nguyên nhân tác dụng riêng rẽ gây ra: Biểu diễn dạng toán học: S ( P1 ,P2 Pn , t ,Δ ) = S P1 + S P2 …+ S Pn + S t+ S Δ = S1 P1 + S P2 +…+ S n Pn + S t+ SΔ Trong đó: S i (i= 1,2 n) giá trị đại lượng S Pi = gây St, SΔ giá trị đại lượng S thay đổi nhiệt độ dịch chuyển gối tựa gây B Sơ đồ tính cơng trình Khi xác định nội lực cơng trình xét cách xác đầy đủ yếu tố hình học cấu kiện tốn q phức tạp Do tính tốn kết cấu người ta thay cơng trình thực sơ đồ tính Sơ đồ tính hình ảnh cơng trình thực đơn giản hóa Một sơ đồ tính tốt phải thoả mãn hai yêu cầu: Tính đơn giản phản ánh tương đối xác đối xử thực cơng trình Để đưa cơng trình thực sơ đồ tính nó, thường tiến hành theo bước: Bước 1: Chuyển cơng trình thực sơ đồ cơng trình, cách: a) + Thay đường trục vỏ mặt trung bình + Thay mặt cắt ngang cấu kiện đặc trưng hình học như: diện tích F, mơmen qn tính J v.v… + Thay thiết bị tựa liên kết tựa lý tưởng + Đưa tải trọng tác dụng mặt bên cấu kiện đặt trục hay mặt trung bình b) Bước 2: Chuyển sơ đồ cơng trình sơ đồ tính cách bỏ bớt yếu tố phụ, nhằm làm cho việc tính tốn đơn giản phù hợp với khả tính tốn người thiết kế Ví dụ dàn cửa cống (van cung) cho hình 1a, sau thực phép biến đổi bước thứ ta sơ đồ cơng trình hình 1b Nếu dùng sơ đồ để tính tốn kết xác phức tạp, coi mắt dàn khớp lý tưởng tốn đơn giản song sai số mắc phải nhỏ Sơ đồ tính dàn cửa cống (van cung) hình 1c c) Hình Nếu sơ đồ cơng trình phù hợp với khả tính tốn dùng làm sơ đồ tính mà khơng cần đơn giản hố Ví dụ với hệ khung cho hình 2a, sau thực phép biến đổi bước thứ ta có sơ đồ cơng trình hình 2b Sơ đồ sơ đồ tính khung phù hợp với khả tính tốn Cách chọn sơ đồ tính cơng trình vấn đề phức tạp quan trọng kết tính tốn phụ thuộc nhiều vào sơ đồ tính Người thiết kế ln ln phải có trách nhiệm tự kiểm tra xem sơ đồ tính tốn chọn có phù hợp với thực tế khơng, có phản ánh xác làm việc thực tế cơng trình hay khơng, để lựa chọn sơ đồ tính ngày tốt b) a) Hình PHÂN LOẠI SƠ ĐỒ TÍNH CỦA KẾT CẤU Trong thực tế có nhiều hình thức kết cấu sơ đồ tính có nhiều loại Người ta phân loại sơ đồ tính nhiều cách, thường dựa vào cấu tạo hình học phương pháp tính để phân loại A Phân loại theo cấu tạo hình học Theo cách kết cấu chia thành hai loại: hệ phẳng hệ không gian Hệ phẳng: Hệ phẳng hệ mà trục cấu kiện tất loại lực tác động nằm mặt phẳng, hệ không thoả mãn điều kiện gọi hệ không gian Trong thực tế, cơng trình xây dựng hầu hết hệ khơng gian, song tính tốn hệ khơng gian thường phức tạp nên gần phân tích đưa hệ phẳng để tính tốn a) b) Hình Trong hệ phẳng dựa theo hình dạng cơng trình, người ta cịn chia thành nhiều dạng kết cấu khác nhau: + Dầm (Hình 3a,b) a) + Dàn (Hình 4a,b) a) + Vịm (Hình 5a,b) + Khung (Hình 6a,b) + Hệ liên hợp (hệ treo hình hệ liên hợp dàn dây xích) b) b) Hình Hình ... cứng B bị khử hai bậc tự hai chuyển động tịnh tiến theo hai phương hai quay quanh giao điểm K’ hai hình 1.8c Ta gọi giao điểm khớp giả tạo c Liên kết hàn hay liên kết loại ba Khi dùng mối hàn để... BBH, cần xét tiếp điều kiện đủ ♦ Điều kiện đủ: Coi trái đất miếng cứng, nối với miếng cứng ABC ngàm A, tạo thành miếng cứng mới, ta ký hiệu (I) Coi CDE miếng cứng (II) EFH miếng cứng (III) Như... tác dụng tải trọng xem cấu kiện tuyệt đối cứng hệ giữ ngun hình dạng hình học ban đầu Thực vậy, coi cấu kiện AB, BC, CA tuyệt đối cứng (chiều dài chúng khơng đổi) theo hình học với ba cạnh xác