Bài giảng cơ học công trình chương 1 trần minh tú

Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu củamôn học  Đảm bảo điều kiện ổn định  Dưới tác dụng của ngoại lực, các chi tiết máy hay bộ phận công trình bảo toàn được trạng thái cân bằng ban đầu..

Trang 1

 LOG

O

CƠ HỌC CÔNG TRÌNH

Trang 4

 Qui định của Phòng Đào tạo:

Trang 5

QUI 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 mô đun, mỗi mô đun đánh giá theo thang điểm 10

Trang 6

Lịch tiếp sinh viên

Trang 7

TÀI LiỆU THAM KHẢO

 Sức bền Vật liệu PGs Lê Ngọc Hồng

 Cơ học công trình Lê Văn Hồ

 Giáo trình SBVL của các trường đại học: Thủy lợi, Bách khoa, Giao thông Vận tải

 Các bài giảng của Đại học Auckland, Pearson Press, ASCE, …

 Mechanics of Materials – Ferdinand Beer – E Rusell Johnston – Jr John DeWolf

 Lecture Notes: J Walt Oler – Texas Tech University

Trang 8

Chương 1 – Những khái niệm chung

1 Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn

Trang 9

1.1 Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của

Trang 10

Trang 11

môn học

Trang 12

môn học

Trang 13

môn học

 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 14

môn học

Trang 15

môn học

 Đảm bảo điều kiện ổn định

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

Trang 17

môn học

1.1.b Nhiệm vụ môn học

 Xác định ứng suất, biến dạng, chuyển vị trong vật thể chịu tác dụng của ngoại lực

 Ba bài toán cơ bản

 Kiểm tra điều kiện bền, cứng, ổn định

 Xác định kích thước và hình dạng hợp lý của các

bộ phận công trình

 Xác định trị số tải trọng lớn nhất mà các bộ phận công trình có thể chịu được

Trang 18

môn học

CƠ HỌC VẬT RẮN

VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI

ĐỘNG HỌC TĨNH HỌC

ĐỘNG LỰC

HỌC

VẬT RẮN BiẾN DẠNG

SỨC BỀN VẬT LiỆU

CƠ HỌC KẾT CẤU

CƠ HỌC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

1.1.c Vị trí môn học

Trang 20

Vật rắn tuyệt đối

Vật rắn biến dạng

1.1.d Đối tƣợng nghiên cứu

môn học

Trang 21

 Các bộ phận công trình có hình dạng kích thước khác nhau => Phân loại để có phương pháp nghiên cứu chung với từng loại

 Theo hình dạng, có thể chia các bộ phận công trình

(cấu kiện) làm ba loại chính:

 Hình khối

 Hình tấm (bản), vỏ

 Hình thanh.

1.1e Phân loại các bộ phận công trình theo hình dạng

môn học

Trang 22

 Hình khối: Kích thước theo ba phương tương đương nhau

môn học

Trang 23

TẤM (BẢN)

 Kích thước theo một phương bé hơn

nhiều so với hai phương còn lại

môn học

Trang 25

 CƠ HỌC CÔNG TRÌNH chỉ nghiên cứu các

cấu kiện hình thanh

 Phân loại thanh:

 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 thay đổi, không đổi,

môn học

Trang 26

môn học

Trang 27

1.2 Khái niệm về lực, mô men lực –

Điều kiện cân bằng của hệ lực

 Lực là tương tác giữa các vật mà kết quả của nó gây nên sự biến đổi trạng thái chuyển động cơ học của vật thể, sự thay đổi hình dạng kích thước của vật thể.

 Lực đặc trưng bởi các yếu tố sau:

 Điểm đặt lực: là điểm mà tại đó vật nhận tác dụng từ vật khác

 Phương và chiều của lực

 Cường độ của lực

1.2.a Lực

 Đơn vị lực: N

Trang 28

• Lực => Ngoại lực: sức gió, áp lực nước, trọng lực,

Trang 29

• Phân loại lực: theo phạm vi tác dụng

– Lực phân bố thể tích:

g - cường độ [N/m 3 ] – Lực phân bố bề mặt:

p – cường độ [N/m 2 ]

– Lực phân bố chiều dài:

q – cường độ [N/m]

– Lực tập trung: [N]

Trang 30

1.2.b Mô men lực

 Mô men lực: tác dụng của lực lên vật thể,

có xu hướng làm cho vật thể quay quanh

một điểm không nằm trên phương của lực

 Độ lớn:

Mô men lực = Lực x Cánh tay đòn

d – khoảng cách đến phương của lực

Trang 31

 Chiều quay mô men lực

 Vec tơ mô men lực

Trang 32

1.2.c Các định luật tĩnh học

 Định luật 1 (về hai lực cân bằng)

 Điều kiện cần và đủ để một vật rắn nằm cân bằng dưới tác dụng của hai lực là hai lực có cùng phương, ngược chiều và cùng cường độ

F

Trang 33

1.2.c Các định luật tĩnh học

 Định luật 1 (về hai lực cân bằng)

 Điều kiện cần và đủ để một vật rắn nằm cân bằng dưới tác dụng của hai lực là hai lực có cùng phương, ngược chiều và cùng cường độ

F F

Trang 34

Trang 35

 Định luật 3 (về lực tác dụng và phản tác dụng)

Lực tác dụng và lực phản tác dụng giữa hai vật có cùng

độ lớn, cùng phương và ngược chiều nhau

Trang 36

 Định luật 4 (về thay thế liên kết)

 Vật không tự do cân bằng có thể được xem là vật tự do cân bằng bằng cách giải phóng tất cả các liên kết và thay thế chúng bằng các phản lực liên kết thích hợp

 Các liên kết của thanh thường gặp trong công trình:

Giới hạn: bài toán phẳng của thanh – tải trọng nằm trong mặt phẳng chứa trục thanh

Trang 37

1.2d Liên kết - Phản lực liên kết

 Các vật thể bị ràng buộc với nhau hoặc với đất bởi các liên kết Thông qua liên kết các vật thể có tác dụng lực và phản lực với nhau hoặc với đất => Lực liên kết

 Giới hạn: Bài toán phẳng – thanh có ba bậc tự do ≈ 3 khả năng chuyển động, liên kết ngăn cản chuyển động theo phương nào thì có phản lực liên kết theo phương đó

 Ba loại liên kết thường gặp:

Trang 38

• Liên kết gối tựa di động

Trang 39

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

Chỉ cho phép thanh quay quanh một khớp, ngăn cản mọi chuyển động tịnh tiến

A

A V

A

H

Trang 40

Trang 41

1.2.e Điều kiện cân bằng và các phương trình cân bằng của hệ lực phẳng – Sơ đồ tính

Điều kiện cần và đủ để hệ lực phẳng cân bằng là hợp lực của hệ lực và tổng mô men của hệ lực đối với một điểm bất kỳ phải đồng thời triệt tiêu

 Các dạng phương trình cân bằng của hệ lực phẳng

Trang 42

 Khi tính toán ta thường thay các công trình thực bằng sơ đồ tính Sơ đồ tính của công trình là hình ảnh đơn giản hóa mà vẫn đảm bảo phản ánh sự làm việc của công trình sát với thực tế

 Bỏ qua các yếu tố đóng vai trò thứ yếu trong sự làm việc công trình nhằm đảm bảo sơ đồ tính phù hợp với khả năng tính toán

Trang 43

Sơ đồ tính

Trang 44

Trang 45

1.3 Biến dạng – Chuyển vị - Nội lực - Ứng suất

1.3a Biến dạng và chuyển vị

 Bộ phận công trình, chi tiết máy: vật rắn thực

=>dưới tác dụng ngoại lực => Hình dạng, kích thước thay đổi

Trang 46

B

Trang 47

A B

Trang 48

D Ạ N G

Trang 49

Biến dạng đàn hồi – biến dạng dẻo

Trang 50

 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

 Biến dạng đàn hồi: mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng

 Biến dạng dẻo (dư): không mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng

 Biến dạng nhớt: không xảy ra tức thời mà biến đổi theo thời gian

Trang 51

Trang 55

1.3.c Ứng suất tại điểm K

 Là cường độ nội lực tại điểm K

Trang 57

 M x , M y – mô men uốn

 M z –mô men xoắn

Trang 58

• Các trường hợp chịu lực cơ bản

Trang 59

1.4 Phân tích cấu tạo hình học của hệ phẳng

1.4.1.a Sự bất biến hình, biến hình, biến hình tức thời

 Hệ bất biến hình: khi chịu tải trọng vẫn giữ nguyên hình dạng hình học ban đầu nếu xem các biến dạng đàn hồi là bé hoặc xem các cấu kiện là tuyệt đối cứng

Trang 60

 Hệ biến hình: Khi chịu tải trọng sẽ bị thay đổi hình dạng hình học một lượng hữu hạn mặc dù xem các cấu kiện là tuyệt đối cứng.

Trang 61

 Hệ biến hình tức thời: khi chịu tải trọng sẽ bị thay đổi hình dạng hình học một lượng vô cùng bé dù xem các cấu kiện là tuyệt đối cứng

 Các hệ biến hình và biến hình tức thời thông thường không có khả năng chịu lực nên không được phép sử dụng trong xây dựng

Trang 63

 Bậc tự do : là số thông số độc lập dùng để xác định vị trí của hệ đối với hệ khác được xem là bất động.

 Trong hệ trục tọa độ phẳng: một chất điểm có 2 bậc tự

do (2 chuyển động tịnh tiến theo 2 phương), miếng cứng

có 3 bậc tự do (2 chuyển động tịnh tiến theo 2 phương

và chuyển động quay quanh 1 trục)

Trang 64

1.4.b Các loại liên kết nối các miếng cứng

 Liên kết đơn giản: là liên kết để nối hai miếng cứng với nhau

 Liên kết thanh (liên kết loại 1) – gồm một thanh có khớp lý tưởng ở hai đầu để nối hai miếng cứng với nhau

Trang 65

 Về mặt động học: liên kết thanh không cho miếng cứng di chuyển theo phương trục thanh => khử được 1 bậc tự do

 Về mặt tĩnh học: tại liên kết chỉ phát sinh 1 thành phần lực liên kết theo phương trục thanh

N

Trang 66

 Một miếng cứng hình dạng bất kỳ hai đầu khớp

và không chịu tải trọng có thể coi như một liên kết thanh có trục thanh là đường nối hai khớp

 Liên kết thanh là mở rộng

khái niệm gối di động nối đất

Trang 67

 Liên kết khớp (liên kết loại 2): gồm hai miếng cứng nối với nhau bằng một liên kết khớp lý tưởng

 Không cho miếng cứng chuyển

Trang 68

 Hai liên kết thanh có thể coi là

1 liên kết khớp giả tạo có vi trí

tại giao điểm hai đường trục

thanh

 Liên kết khớp là mở rộng của

khái niệm gối cố định nối đất

Trang 69

 Liên kết hàn (liên kết loại ba): gồm hai miếng cứng nối với nhau bằng mối hàn

 Không cho miếng cứng chuyển vị thẳng hay quay => khử hoàn toàn 3 bậc tự do

 Phát sinh thành phần phản lực có phương và điểm đặt bất kỳ => dời về vị trí liên kết => phân tích thành 3 thành phần

Trang 70

1.4.c Cách dùng các liên kết để nối các miếng cứng thành hệ phẳng bất biến hình

Để nối các miếng cứng với nhau thành hệ bất biến hình:

 Phải dùng tối thiểu bao nhiêu liên kết (điều kiện cần)

 Các liên kết bố trí như thế nào (điều kiện đủ)

Trang 71

> Nếu dùng T liên kết thanh, K liên kết khớp, H liên kết hàn thì số bậc tự do bị khử là (T+2K+3H)

> n – hiệu số bậc tự do có thể khử và số bậc tự do cần khử

 n < 0: thiếu liên kết – hệ biến hình

Trang 73

 Hệ dàn: gồm các thanh thẳng, chỉ nối với nhau bằng liên kết khớp ở hai đầu mỗi thanh

 Xét hệ dàn gồm D thanh dàn, và M mắt, hệ dàn nối đất bằng C liên kết tương đương loại 1

 Điều kiện cần của hệ dàn nối đất :

n = D – 2M + C ≥ 0

Trang 74

Hệ dàn phẳng

Trang 76

 Nối hai miếng cứng dùng một thanh và một khớp, thì khớp không được nằm trên đường trục thanh

 Nối hai miếng cứng bằng một liên kết hàn

Trang 78

1.5 Đặc trưng hình học mặt cắt ngang

 Các đại lượng mà độ lớn phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của mặt cắt ngang - đặc trưng hình học của mặt cắt ngang

Trang 79

Xét hình phẳng, diện tích A

trong hệ trục Oxy Phân tố diện

tích dA(x,y)

1.5.a Mô men tĩnh của diện

tích A đối với trục Ox, Oy:

Thứ nguyên của mô men tĩnh

là [chiều dài 3 ], giá trị của nó có

thể là dương, bằng 0, hoặc âm.

Trang 80

• Trục trung tâm: trục có

mô men tĩnh của diện tích

A đối với nó bằng 0.

• Trọng tâm : Giao điểm của

hai trục trung tâm => mô

S x

A

C

S y

Trang 81

• Cách xác định trọng tâm của

hình ghép từ nhiều hình đơn giản

xác định

C(x C , y C ) trong hệ trục này

hình đơn giản có diện tích A i với tọa độ

trọng tâm mỗi hình đơn giản là

C i ( x Ci ,y Ci ) trong hệ toạ độ ban đầu,

x A S

Trang 82

• Chú ý

 Chọn hệ trục toạ độ ban đầu hợp lý: Nếu hình có trục đối xứng thì chọn trục đối xứng làm một trục của hệ trục tọa độ ban đầu, trục còn lại đi qua trọng tâm của càng nhiều hình đơn giản càng tốt.

 Nếu hình bị khoét thì diện tích bị khoét mang giá trị âm.

x A x A x A S

y A y A y A S

Trang 83

1.5.b Mô men quán tính của mặt

cắt ngang A đối với trục x, y

- Thứ nguyên của mô men

quán tính là [chiều dài 4 ], giá trị

của nó luôn luôn dương

1.5.c Mô men quán tính độc cực

Trang 84

1.5.d Mô men quán tính ly tâm

- Thứ nguyên của mô men quán

tính ly tâm là [chiều dài 4 ], giá trị

của nó có thể là dương, bằng 0,

hoặc âm.

 Hệ trục quán tính chính của diện tích mặt cắt ngang: là

hệ trục mà mô men quán tính ly tâm của diện tích mặt cắt

ngang đối với nó bằng 0.

Trang 85

x y

Mô men quán tính một số hình đơn giản

Trang 86

• Mặt cắt ngang ngang A trong hệ

trục ban đầu Oxy có các đặc

dA

x

u

y v

Trang 87

Nếu O đi qua trọng tâm C:

Trang 88

Ví dụ Cho mặt cắt ngang có hình

dạng và kích thước như hình vẽ.Xác

định các mô men quán tính chính trung

tâm của mặt cắt ngang

x0y0 như hình vẽ Chia mặt cắt ngang

làm hai hình đơn giản 1 và 2

Trang 89

2

- Dựng hệ trục quán tính chính trung tâm Cxy

- Các mô men quán tính chính trung tâm:

Trang 90

• Giả thiết 1: Vật liệu có cấu tạo vật chất liên tục,

Trang 91

 Giả thiết 2: Ứng xử cơ học của vật liệu tuân theo định luật Hooke (quan hệ nội lực – biến dạng là bậc nhất thuần nhất)

 Giả thiết 3: Tính đàn hồi của vật liệu là đàn hồi tuyệt đối Biến dạng vật thể được xem

là bé

1.6 Các giả thiết môn học –

Nguyên lý cộng tác dụng

Trang 92

 Định luật Hooke

 Độ giãn dài của lò xo tỉ lệ thuận với

lực tác dụng

 Lò xo sẽ quay về vị trí cũ khi loại bỏ

lực tác dụng cho đến khi vượt qua

giới hạn đàn hồi

Trang 93

 Trong giới hạn đàn hồi, quan hệ ứng suất pháp biến dạng dài tỉ đối là bậc nhất thuần nhất

E – mô đun đàn hồi kéo (nén) của vật liệu

Trang 94

 Trong giới hạn đàn hồi, quan hệ ứng suất tiếp - biến dạng góc là bậc nhất thuần nhất

Trang 95

 Nguyên lý cộng tác dụng:

Ứng suất, biến dạng hay chuyển vị do một hệ ngoại lực gây ra sẽ bằng tổng các đại lượng do từng thành phần ngoại lực gây ra riêng rẽ

Trang 96

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	6,85 MB