Giáo trình kết cấu xây dựng

BỘé XÂY DỰNG • GIÁO TRÌNH KẾT CẤU XÂY DỰNG NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2001 LỜI NĨI ĐẨU G iáo trìnli "K ết câu x â y dựng" tài liệu dùng đ ể giảng dạy vù học tập trường trung học chuyên ngliiệp x â y dựng G iáo trình gồm phán: P hần I: K ết cấu gỗ P hàn II: K ết cấu thép P hần III: K ế t cấu bé tỏng cốt thép P hân IV: C ú c bủng phụ lục N hóm tác g iả cán giỏng dạy trường Trung học x â y dựng sô gồm kỹ sư kết cấu P han Đình Tơ, thạc s ĩ N guyễn Đức Chương, k ỹ s x â y dựng N guyễn T h ị Tèo N lià trư ờng, m ôn kết cấu n h ó m túc g iả có n h iều c ố gắn g đ ể biên so ạn x u ấ t giáo trình n y, nhằm khắc p h ụ c tình trạng th iể u tà i liệu giỏng dạy h ọ c rập, góp phần nàng c a o ch ấ t lượng đ o tạo V ì khả núng có hạn nén khơng th ể tránh khói sai sót - Rất m ong bạn dọc góp ỷ Nhóm tác giả P hần I KẾT CẤU GỖ Chương G Ỗ DÙNG T R O N G XẢY DỤNG § 1-1 Uli KH UYẾT ĐIỂM CỦA G ỗ Ưu điểm - G ỗ loại vật liệu nhẹ cường độ cao Đè’ so sánh chất lượng vật liệu xây d ự n g mặt chịu lực, người ta d ùn g hệ số c = - (T ỷ số g iữ a trọ n g lượng riên g c n g độ tính tốn), c có trị s ố c n g nhỏ vậi liệu chất lượng c n g cao T h é p c = ,7 0"4; Bê lô n g c = ,4 ‘3 ; G ỗ xoan c = ,3 Ta thấy hệ số chất lượng gỗ x ấ p xi Ihép lớn so với bê tông - G ỗ loại vật liệu phố biến m ang lính chất địa phương Ở Việt N am , 3/4 đất đai rừng với 0 lồi gỗ khác nhau, ngồi gỗ cịn thấy nhiều nơng thơn (xoan, mít, bạch đàn, ) - G ỗ loại vật liệu dễ gia cơng chế tạo : cưa, đục, khoan trang trí m ỹ thuật, cách âm tốt K h u y ế t đ iể m - G ỗ loại vật liệu có tính khơng đồng khơng đắng hướng, ví dụ loại gỗ, tính chất khác tùy theo địa phương, tuỳ khu rừng, chí khác tuỳ th eo phần gỗ G ỗ không phù hợp với giả thuyết thường dùng tính tốn vật liệu đồng đẳng hướng Do phải lấy độ an toàn cao phải lựa chọn gồ cẩn thận cho phù họp với yêu cầu thiết kế - G ỗ có nhiều khuyết tật làm giảm n ă n g chịu lực : mắi gỗ, khe nứt, thớ vặn - G ỗ loại vật liệu có nhược diểm : bị nấm mốc, mối mọt, mục, vật liệu cháy được, nơi nhiệt dộ cao 50(lc kh ông dùng gỗ - G ỗ vật liệu ngậm nước, lượng nước chứa gỗ thay đổi theo mơi trường khơng khí xung q uan h , dỗ bị co ngót, dãn nờ làm cho bị cong vênh, nứt Kết cấu làm gỗ ẩm, khô m ộn g bị lỏng ảnh hưởng đến q uá trình chịu lực, có khơng dùng Có thể hạn c h ế khuyết điếm gỗ cách xử lý gỗ hoá chất chống mối m ọt trước dùng, sử dụng g ỗ chỗ, không dùng gỗ tươi có dộ ẩm lớn nước tiên tiến, gỗ dùng phổ biến dạng gỗ dán G ỗ dán sấy xử lý hoá chất nên không bị mối mọt, loại vật liệu xây dựng nhẹ, đẹp G ỗ dán khó cháy, năm 1971 Pháp làm thí nghiệm độ chịu lửa dđm gỗ dán chịu tải trọng, cho dầm chịu nhiệt độ 0 °c giờ, dầm chịu hư hỏng cịn chịu láu nữa, với điều kiện thép khơng chịu lâu q 10 phút §1-2 PHẠM VI SỬ D Ụ N G KẾT CÂU G ỗ Sử dụng gỗ làm cấu kiện kết cấu xây dựng phải tuân theo quy phạm nhà nước : + Nghị định 10 C P ngày 26-4-1960 Chính phú + Q uy phạm thiết k ế kết cấu gỗ : TCX D 44/70 + Tiêu chuẩn nhà nước gỗ : TCV N 1072-71 đến 1077-71 + Báng phân loại gỗ sử dụng ban hành kèm th eo q uy ết định số 2198 ngày 20 -11-1 977 Bộ Làm nghiệp, - Kết cấu gỗ sử dụng rộng rãi xây dựng c nước ta kết cấu gỗ thường dùng trường hợp sau : N hà dân dụng N hà tầng, tầng, hội trường, nhà văn hoá, Irụ sở làm gỗ thích hợp N hà xưởng sản xu ất nơng nghiệp K ho thóc, gạo, nhà chăn nuôi, xưởng c h ế biến, sản xuất nông sản, thường nhà xưởng nhịp khơng lớn dùng kết cấu gỗ thích hợp T ron g m ộ t số xưởng hố chất có chất ăn m ịn kim loại dùng gỗ thay c h o thép T ron g giao thông vận tải G ỗ thích hợp với cầu nhỏ, cầu tạm đường cấp thấp T ron g thu ỷ lợi G ỗ d ù n c làm cầu tàu, bến cảng, cửa van, cống Ngoài ra, gỗ dùng nhiều làm đ giáo, ván khn, cầu cơng tác cho thi công H iện nay, nước ta kết cấu gỗ thích hợp với ng irình loại vừa nhỏ, khơng m an g tính chất vĩnh cửu nước tiên tiến, gỗ c h ế hiến thành gỗ dán, dược xử lý hoá chất nên kết cấu Ỗ sử dụng rộng rãi §1-3 TÍNH CI1ÂT C 1IỌC C Ú A G ỗ Tính chất c h ọc gỗ gồm tiêu độ bền, độ đàn hồi chịu lực kéo, nén, ép m ặt, trượt, Theo tiêu ch u ẩn T C V N 363-70 đến 370-70 phương pháp th học gổ, m ẫu thử đ ể tìm đặc trưng cư học có hình dạng kích thước hình vẽ Lí) H ình 1.1: M ẫu gơ tiêu chuẩn đ ể thử v ề cường độ K éo dọc thớ; b) u ố n ; c) Ép dọc thớ; d) Trượt (lọc thớ; e) Ép ngang thớ M ẫu thí n g h iệ m d ù n g g ỗ nhỏ, không k huy ết tật, thực h iện m áy phịng th í nghiệm với tốc đ ộ gia tải định N hư ng ngồi thực t ế gỗ có kích thước lớn mẫu th í n g h iệ m n hiều lần, có khuyết tật N g a y tro n g c ây gỗ, lấy m ẫu th đoạn th ân k h c nh au c ũ n g cho kết q u ả k hác Vì đ ể xá c định tính c h ất h ọc c ủ a gỗ, người ta phải làm n h iều th í n g h iệm với nh iều m ẫu đ ể lấy kết q u ả trung bình Ảnh hưởng cua thịi gian chịu lực, cường đ ộ lâu d ài củ a gỏ Người ta tiến hành thí nghiệm m áy phịng thí nghiệm loại mẫu gỗ giống chịu tải trọng khác nhau, thời gian tải trọng tác dụng lên mẫu thử khác nhau, kết vẽ biểu đồ quan hệ cường độ phá hoại thời gian tác dụng tải trọng lúc mẫu gỗ bị phá hoại (m ẫu gỗ thông chịu uốn) M N /m 100 80 60 Trị số ứng suất lớn lâu dài (ơ|,i) gỗ k h ns bị phá hoại Nếu ứng suất thực tế > ơ|(ị - gỗ bị phá hoại Nếu < Ơ|«| ■ gồ khơng bị phá hoại q trình sử dụng T rong tính tốn dùng k|làm giói hạn chịu lực V *-— s o «■ ơ> 3 —ĩ o N gày 20 40 60 80 100 120 140 Hình 1.2: Đườnạ cong chịu lực lâu dài rua go m ong L.ie/1 AO [CU) Sự làm việc gỗ chịu kéo, nén, uốn a) C h ịu kéo T rong thí nghiệm mẫu gỗ chuẩn, cường độ chịu kco dọc thớ gỗ cao, gỗ thông Liên X ô (cũ) độ ẩm 15% cường độ đạt tới 10K N /cm Nlurng thực t ế tính tốn khơng thể sử dụng trị số gỗ có nhiều nhân tố làm giam cường độ chịu kéo, khuyết tật gỗ (mắt gỗ, thớ chéo, gỗ có ch ỗ tiết diện thay dổi đột ngột) Mặt khác gỗ không đồng nhất, kích thước gỗ c àn g lớn mức độ không đồng cao cường độ giám so với m ẫu chuẩn, d o kết cấu gỗ, dùng gỗ chịu kéo phải thận trọng Cường độ chịu kco ngang thớ gồ nhỏ, chí đạt k h o ả n g 1/20 - 1/15 cường độ chịu kéo dọc thớ, người ta không d ù n e kết cấu gồ chịu kéo ngang thớ b) C h ịu nén T h í nghiệm nén m ẫu gỗ chuẩn (gỗ dổi) Khi nén dọ c thớ, cường độ gỗ nhỏ cường độ kéo dọc thớ vài lần khoảng từ - K N /cm Khi chịu nén, khuyết tậl gỏ íl ảnh hường tới cường độ chịu lực Cường độ chịu nén d ọc thớ chí tiêu ổn định chi tiêu cường độ, 1 Ó dùng để đ án h giá phân loại gỗ K chịu nén ngang thớ gỗ thấp khả chịu nén dọc thớ c) C h ịu uốn Thí nghiệm cho kết cường độ gỗ chịu uốn vào kh oảng trung bình cường độ chịu kéo chịu nén Á nh hướng khuyết tật, (mắi gỗ, khuyết tật, kích thước, ) Cũng mức trung gian chịu kéo chịu nén Mộl d ầm g thí nghiệm (m ẫu c h u ẩ n ) chịu uốn Khi m ô mcn uốn nhỏ, ứng suất pháp phân bố (lọc tiết diện th eo quy luật dường thung (hình l-3a) Trị số ứng suất thớ hiên có , , M thê tính hãng ng thức = w a) D) H ình 1.3: S ự lùm việc gỗ nôn a) S ự phân bô' ứng snâr giơi (loạn đan ( I ) giai (loạn sau (2) b) N ếp vítiiiỊ nén (31 Thớ đứt vùntỊ kéo (4) T ăng tải trọ ng lên, ứng suất vùng nén phân b ố theo dường cong tăng chậm , vùng nén xuất biến dạn g dẻo ứ n g suất kéo tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần đường thẳng T rục trung hồ lui xuống phía Mẫu bắt đầu phá hoại vùng nén ứng suất đạt cường đ ộ nén, thớ gỗ nén bị gẫy M ẫu gỗ bị phá hoại ứng suất thớ biên đạt cường độ kéo Do phân b ố ứng suất thực tế theo đường cong nên xác định ứng suất thớ biên bằne; M cơng thức sức bền vật liệu khơng cịn đúnụ Trị số = — chí cường độ quy ước T ron g tính tốn kết cấu d ù n g công thức sức bền vật liệu cho đơn giản phải thêm hệ số điều chỉnh vào w đ c xcl đến tượng nói Mơ đun đàn hồi c ủ a gỗ chịu kéo, uốn xấp xỉ (G ỗ thông Liên X ô cũ E = 10'K N /crrr Sụ làm việc củ a gỏ ch ịu ép m ặt trượt a ) C h ịu ép m ặ t E p m ật truyền lực từ cấu kiện sang cấu kiện khác qua m ặt tiếp xúc Úng suất ép m ật xuất m ặt tiếp xúc Cường độ cp m ặt xác dinh cm= — (trong dó N lưc ép măt, Fem diên Fcm lích chịu é p m ặt - diện tích tiếp xúc) Tu ỳ phương lực tác cỉụng thớ gỗ m phàn : é p m ật d ọc thớ, ép m ặt n g a n s thứ, cp mặt xiên thứ H ìn h 1.4: Cúc dụng ép mặt u ) D ọc thớ; b) Níịain’ thớ; c) Xiên thớ Ép m ặt dọc t h : cường độ tương đư ơn g với nén dọ c thớ É p m ặt ngang th nén n g a n g thớ - Ép m ặt ngang thớ cịn phân ép mặt tồn ép m ặt cục H ìn h 1.5: É p m ặt ngang thớ É p m ặt toàn thực chất nén ngang thớ, ép m ặt cục m ột phần diện tích tiếp xúc cường độ cao cịn có tham gia chịu lực c ủ a phận xung quanh (hình l-5c) b) C h ịu trượt Tui' theo vị trí lực tác d ụ n g đối vói th gỗ m ta phân trượt dọc thớ, trượt ngang thớ, trượt xiên thớ p Cường trươt tính tốn cường trung bình TIb= —— Nếu ngoai lưc đãt - F r phía gọi trượt phía (hình 7a) N ếu ngoại lực đặt phía gọi trượt phía (hình l-7b) 10 Hình 1.6: Các tntịiHỊ l ì Ợ Ị ) chiu trượt a) Cắt dứt ílìớ;b) Trượt dọc thớ; c)T vư ợĩ ngang tlìớ; d) Trượt xiên thớ t— * = -+ - Hình 1.7: Biểu đồ phân b ố ứng suất trượt C ác nhản tô ản h hưởng đến cường độ gỗ a) Ả n h h n g c ủ a độ ẩm Đ ộ ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cường độ củ a gỗ - Đ ộ ẩm lớn cường độ gỗ giảm, V iệt N am độ ẩm cân gồ tiêu chuần 18% Cường độ gỗ độ ẩm vO 0 r^, '—• cr c^i ơ', 01 SO > ■ Ĩ5 c > I ĩ *o - o c D ‘i o £ õ o r - 'T ' 90 ịc C nÌ (N vr* s X X OJ U-, ON — ọc — rN Õ o" Ó Ỏ Ó “ Ó “ Ó ọ ÌT i ỮS — * f-* ỊJ r - vo < 0r* 0*D0 — ó cT cT õ r X JS T T E r ỉ ír i I e cp > r - E e / ' I/-, ú* ãĐ —* o c rj OII CÒ oc ^, g ‘è 04 0 1 0 0 — •