Giáo trình kết cấu xây dựng (NXB xây dựng 2011) bộ xây dựng, 199 trang

BỘa XẢY DỰNG ■ GIÁO TRÌNH KẾT CẤU XÂY DỰNG (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI - 2011 LỜI N Ĩ I Đ Ầ U Giáo trình "Kết cảu Xày dựng" tủi liệu dímiỊ dê giảng dạy học tập trường trung học chuyên nghiệp xâv dựng Giáo trình gồm phần: Phần ỉ: Kết cấu gổ Phần 11: Kết câu thép Phần ///.' Kết cấu bê tông cốt thép Phán IV : Các búng phụ lục Nhóm túc giá lủ cún hộ giảng (lạy trường Trung học xảy dựng s ố gồm kỹ sư kết cấu Phan Đình Tơ, thực sĩ Nguyễn Đức Chương, kỹ sư xây dựng iMguyễn Thị Tèo Nhà trường, hộ mơn kết nín \'ù nlìóĩu {('{(■ ỵị(j có nhiều c ố gắng đ ể biên soạn xuất giáo trình này, nhàm khắc phục tình trạng thiếu tài liệu troiìiỊ ỊỉiỏHỊi ilụy vù học tập, lỊĨp phần nâng cao chất ỉượng đào tạo Vì khả có lụm khơng tránh khỏi sai sót - Rất mong bạn đọc góp V Nhóm tác giả Phần I KẾT CẤU GỖ Chưưng GỖ DÙNG TRONG XÂY D ỤNG § Ị -1 ƯU KHUYẾT ĐIỂM c ủ A G ỗ ưu điểm - Gỗ loại vật liệu nhẹ cường độ cao Để so sánh chất lượng vật liệu xây dựng vổ mặt chịu lực, người ta dùng hệ số c = — (Tỷ số trọng lượng riêng cường độ tính tốn), c có tri số nhỏ R vật liệu chất lượng cao Thép c = 3,7.10 4; Bê tông c = ,4 10~3 ; Gỗ xoan c = ,3 Ta thấy hệ số chất luựiig tủa gỗ xấp xỉ thép lớn hon so với bc tông - Gỗ loại vật liệu phổ biến mang tính chất địa phương, Việt Nam, 3/4 đất đai rừng với hon 400 lồi gỗ khác nhau, ngồi gỗ cịn thấy nhiều nơng thơn (xoan, mít, bạch đàn, ) - Gỗ loại vật liệu dễ gia công chế tạo : cưa, đục, khoan trang trí mỹ thuật, cách âm tốt Khuyết điểm - Gỗ loại vật liệu có tính khơng đồng khơng đẳng hướng, ví dụ loại gỗ, tính chất khác tùy theo địa phương, tuỳ khu rừng, chí khác tuỳ theo phần gỗ Gỗ không phù hợp với giả thuyết thường dùng trone tính tốn vật liệu đồng đẳng hướng Do phải lấy độ an tồn cao phải lựa chọn gỗ cẩn thận cho phù hợp với yêu cầu thiết kế - Gỗ có nhiều khuyết tật làm giảm khả chịu lực : mắt gỗ, khe nứt, thớ vặn - Gỗ loại vật liệu có nhược điểm : bị nấm mốc, mối mọt, mục, vật liệu cháy nơi nhiệt,độ cao 50°c không dùng gỗ - Gỗ vật liệu ngậm nước, lượng nước chứa gỗ thay đổi theo mơi trường khơng khí xung quanh, dễ bị co ngót, dãn nở làm cho bị cong vênh, nứt Kết cấu làm gỗ ẩm, khô mộng bị lỏne ảnh hướng đến trình chịu lực, có khơng dùng Có thể hạn chế khuyêt diêm gỗ cách xử lý oồ hoá chất chống mối mọt trước dùng, sử dụng sỏ chỗ, khơns đùns 2Ỗ tươi có độ ấm lớn nước tiên tiến, gỗ dùne phổ biến sỗ dán Gỗ dán dược s;íy xư lý hố chất nên khơng bị môi mọt, loại vật liệu xây dựne nhẹ, dẹp Gỗ dán khó đ y , năm 1971 Pháp làm thí nghiệm dộ chịu lứa cúa dầm gỗ dán chịu tái trọng,, cho cầm chịu nhiệt độ 900°c giờ, dầm chịu hư hỏng cịn chịu lâu lữa, với điểu kiện thép khóng chịu lâu 10 phút §1-2 PHẠM VI SỬDỰNG KẾT cấu Gỗ Sử dụng gỗ làm cấu kiện kết cấu trons xây dựng phái tuân thcio phạm nhà nước : + Nghị định 10 CP ngày 26-4-1960 Chính phủ + Quy phạm thiết k ế kết cấu gỗ : TCXD 44/70 + Tiêu chuẩn nhà nước gò : TCVN 1072-71 đến 1077-7 + Báng phân loại gỗ sứ dụng ban hành kèm theo 20-11-1977 Bộ Lâm nghiệp, định số 198 njày - Kết cấu gỗ sử dụnụ; rô na rãi xâv đựng bân Ớ nước ta kết cấu gỗ thường dùng trườni> hợp sau : Nhà dân dụng Nhà tầng, tầng, hội trường, nhà văn hoá, trụ sở làm gỗ thíc:h hợp Nhà xưởng sản xt nơng nghiệp Kho thóc, gạo, nhà chăn nuôi, xưởng chế biến, sản xuất nông sản thurờim Ihà xưởng nhịp khơng lớn dùng kết câu gỗ thích hợp hon cá Trong số x.ương lố chất có chất ăn mịn kim loại cũne dùng gỗ thay cho thép Trong giao thông vận tải Gỗ thích hợp với cầu nhị, cầu tạm đườns cấp thấp Trong thuỷ lợi Gỗ dùng làm cầu tàu, bcn cáng, cửa van cống Ngoài ra, gỗ dùng nhiều làm đà siáo, ván khuôn, cầu công tác cho thi córug Hiện nay, nước ta kết cấu gỗ thích hợp với cơng trình loại ùrai irỏ, khơng mang tính chất vĩnh cứu nước tiên tiến, gô chế biến thành gỗ dán, xử lý hoá chất nên kêt cấu gỗ sử dụng rộng rãi §1-3 TÍNH CHẤT C HỌC CỦA G ỗ Tính chất học gồ gồm tiêu độ bền, độ đàn hồi chịu lực kéo, nén, ép mặt, trượt, Theo tiêu chuẩn TCVN 363-70 đến 370-70 phương pháp thử học gỗ, mẫu thử để tìm đặc trưng học có hình dang kích thước hình vẽ a) ti r ^ 40 i , 10 90 , J. _100 30 , 100 350 b) £ m z 80 b 80 240 300 c) ơ) e) % o C\J im 20 * -Ê2 k2& ị —3ÍLị Hình 1.1: Miĩii iỊổ tiêu chuẩn đê thừ CIỈỜHÌỊ độ a) Kéo dọc thớ; b) uốn ; (■) Ép dọc thớ; cì) Trượt dọc thớ; e) Ép lìíỊa/iíỊ thớ Mẫu thí nghiệm dùng gổ nhỏ, không khuyết tật, thực máy phịng thí nghiệm với tốc độ gia tải định Nhưng ngồi thực tế gỗ có kích thước lớn mẫu thí nghiệm nhiều lán, có khuyết tật Ngay gỗ, lấy mẫu thử đoạn thân khác cho kết khác Vì để xác định tính chất học gỗ, người ta phải làm nhiều thí nghiệm với nhiều mẫu để lấy kết quà trung bình Ảnh hưởng thời gian chịu lực, cường lâu dài gỏ Người ta tiến hành thí nghiệm máy 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 (mẫu gỗ thông chịu uốn) Trị số ứng suất lớn lâu dài (ơld) gỗ không bị phá hoại Nếu ứng suất thực tế > ld - gỗ bị phá hoại Nếu < ld - gỗ không bị phá hoại q trình sử dụng Trong tính tốn dùng ơ|(|làm giới hạn chịu lực Hình 1.2: ĐưịìiiỊ co/tí' chịu ì ực lưu lài Sự làm việc gõ chịu kéo, nén, uốn a) Chịu kéo Trong thí nghiệm mẫu gỗ chuẩn, cường ỗ uốn u) Sự phân bơ ửiiiỊ suất giai âoạti đầu (I ) iỊÌưi đoạn sau (2) b) Nếp íỊỗy vùng nén (3) Thớ đứt ỏ' vùng kéo (4) Tăng tải trọng lên, ứng suất vùng nén phân bố theo đường cong tăng chậm, vùnencn xuất biến dạng dẻo úhg suất kéo tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần rhư đường thẳng Trục trung hồ lui xuống phía dươi Mẫu bắt đầu phá hoại vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, thớ gồ nén bị gầy Mẫu gổ bị phá hoại ứng suất thớ biên đạt cường độ kéo Po phân bố ứng suất thực tế theo dường cong nên xác định ứngsuất thớ biên , M công thức sức bền vât liêu khơng cịn Tri số = cường đô quy ước w 'Trong tính tốn kết cấu dùng cơng thức sức bền vật liệu cho đơn giản phải 'hêm hệ số điều chỉnh vào w dể xét đến tượng nói Mô đun đàn hồi gỗ chịu kéo, uốn xấp xỉ (Gỗ thông Liên Xô H = 0'KN/cni' cũ r- Sự làm việc gỗ chịu ép mặt trượt t) Chịu ép mặt Ep mặt truyền lực từ cấu kiện sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc Ưng suất ép mặt xuất mặt tiếp xúc Cường độ ép mặt xác định ei N (trong N lực ép mặt, Fem diện lích :hịu ép mặt - diện tích tiếp xúc) Tuỳ phương lực tác dụng thớ gỗ mà phâr : ép mặt dọc thớ, ép mặt ngang thớ, ép mặt xiên thớ Hình 1.4: Các dạng ép mặt a) Dọc thớ; h) Nqa/Ig thó'; c) Xiên rlìớ Ép mặt dọc thớ : cường độ tương đương với nén dọc thớ Ép mặt ngang thớ nén ngang thớ - Ép mặt ngang thớ cịn phân ép mặt tồn ép mặt cục Hình 1.5: Ép mặt nụ!nạ thớ Ép mặt toàn thực chất nén ngang thớ, ép mặt cục phần diện tích tiếp xúc cường độ cao cịn có tham gia chịu lực phận xung quanh (hình l-5c) b) C hịu trượt Tuỳ theo vị trí lực tác dụng thớ gỗ mà ta phân trượt dọc thớ, trượt ngang thớ, trượt xiên thớ p Cường trươt tính tốn cường trung bình Ttb= — Nếu ngoai ỉưc chí đăi F„ phía gọi trượt phía (hình l-7a) Nếu ngoại lực đật phía gọi trượt phía (hình l-7b) a ) Cắt đứt thớ;b) Trượt tlọi' tliớ; c)Trượt IIgang rliớ; d ) Trượt xiên thớ Hình 1.7: Biếu đổ phân hốứntị suất trượt Các nhân tô ảnh hưởng đến cường độ gỗ c) Ảnh hưởng độ ẩm Độ ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cường độ gỗ - Độ ẩm lớn cường độ gỗ giảm Ớ Việt Nam độ ẩm cân gỗ tiêu chuẩn 18% Cường độ gỗ độ Am rào ơ\v tính tốn đưa cường độ độ ẩm tiêu chuẩn |JỊ= w [l + o c (w -18)] K N / c n r is: Cường độ gỗ độ ẩm tiêu chuẩn 18% Hệ số điều chỉnh độ ẩm (gỗ chịu kéo dọc thớ a = 0,015, nén dọc thớ c = 0,05; nén ngang thớ a =0,035, uốn oc = 0,04; trượt (X = 0,03) W: Độ ẩm gỗ ĩ w: Qrò'ne độ gỗ ỏ' độ ẩm w 11 b) Ả nh hưởng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, cường độ gỗ si ám Thí nghiệm nhiệt độ tăng từ ’C lên 0°c thì: Cường độ chịu kéo giảm 15-20%, cường độ chịu nén giảm 20-40%, cường độ trượt giảm 15-20% Khi nhiệt độ tăng làm cho gỗ dãn nở gây ứng suất cục lớn, có mắr: gỗ, khuyết tật, làm đứt thó' gỗ ảnh hưởng tới cường độ Do kết cấu gỗ không dùng nơi nhiệt độ cao 50°c c) Ả nh hưởng khuyết tật - Do m gỗ: Thớ gỗ bị lượn vẹo, cấu tạo gỗ biến đổi đột ngột, ứng suất cục bệ' tập trung lổm, ứng suất gỗ bị giảm Với cấu kiện chịu kéo, kích thước mắt gỗ = 1/4 cạnh gỗ, cường độ gỗ giảm 70% Đối cấu kiện chịu nén, mắt gỗ ảnh hưởng tới cường độ Mắt gỗ kích thước = 1/3 cạnh cấu kiện, cường độ chịu nén gỗ giám 30% Xem TCỴN 1074 -71 quy định mắt gỗ cho phép cấu kiện - Do thớ vặn, khe nứt - ảnh hưởng nhiều đến cường độ chịu lực gỗ Vì nhiều nguyên nhân ảnh hưởng tới cường độ gỗ nên số liệu xác dịiih phịng thí nghiệm lính tốn gỗ chí lấy từ 1/8 đến 1/10 cường độ thí nghiệm Chú thích: Cường độ tính tốn iỊỗ chịu ép mặt xiên ĩlìớ I ỊỊĨC a dược linh theo cơiìii ihiứí' K m =- ■, — - v -R cm — I + sin a 90 V R em Trong đó: (1-1) / R em: Cường độ ép mặt tính tốn dọc thớ R™ : Cườns độ ép mặt ngang thớ gỗ Cường độ tính tốn gỗ chịu trưọt xiên thớ góc a xác định theo công thức: r : Ị Ị _ + D 90 V Trong đó: -sin3a (1-2) lr R lr: Cường độ trượt tính tốn dọc thớ gỗ R^r° : Cường độ trượt tính tốn ngang thớ gỗ Thơng thường lấy: R ’° = —R Ir Do (1-2) tính theo: 12 K =— T T 1+ sin cc (1-3) Bảng 27: Hệ số đê vẽ nhánh âm b)iểtu(đồ) ba