Chương 1: Những vấn đề chung L Kết cấu xây dựng Môn học Kết cấu xây dựng nghiên cứu về các giải pháp kết cầu ứng dụng cụ thé trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Các kết cầu đợc sử dụng phải đảm bảo về độ bền, độ cứng và tính ôn định trong suốt quá trình thi công và sử dụng. Ngoài ra, khi kĩ thuật viên đa ra giải pháp kết cầu hợp lí, nó cũng cần đợc đảm bảo về điều kiện kinh tế, tận dụng đợc nguồn vật liệu tại địa phong, phù hợp với công nghệ chế tạo, biện pháp thi công hiện hành. ứng sử của các kết cấu trớc các tác động (tải trọng, nhiệt độ, thời gian.) trong thực tế rất phức tạp.
Nhng khi nghiên cứu ta thờng tách những bộ phận phức tạp thành những bộ phận đơn giản dé phân tích, những bộ phận đơn giản này đã biết đợc cách ứng sử của chúng trớc các tác động, ta gọi chúng là các cấu kiện. Các cấu kiện liên kết với nhau tạo thành kết cấu. Nh vậy: Cấu kiện là một phân từ chịu lực mà vai trò, đặc tính, tính chất của chúng có thể xác định đợc một cách đơn giản. Ví dụ: Cấu kiện chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm, cấu kiện chịu uốn phẳng, cấu kiện chịu xoắn (xem hình 1.
Ta thấy mỗi cấu kiện có một tính chất cụ thể (chịu kéo, uốn, xoắn), và những đại lợng(đặc trng cho đặc tính của chúng) cần xác định có thê tính toán đợc (nh ứng suất s, t, biến dạng) khi biết tác động (tải trọng, nhiệt độ. Kết cấu là những bộ phận chịu lực phức tạp, nó đợc tạo thành từ các cầu kiện mà sự làm việc của nó (tính chất) có thể xác định đợc thông qua sự làm việc (tính chất) của cấu kiện. Ví dụ: Kết cấu đàn mái, kết cấu khung bê tông cốt thép.Với kết cấu đàn mái ta biết nó chịu các tải trọng trên mái (kế cả tải trọng bản thân) và truyền tải trọng tới các cột (hoặc tờng. Nhng dàn này cấu tạo từ các thanh, mỗi thanh này có thể là cầu kiện chịu nén, cấu kiện chịu kéo.1 Vi dy vé cdc cau kiện a) Cấu kiện chịu nén đúng tâm pt b) Cấu kiện chịu nén lệch tâm c) Cấu kiện chịu uốn phẳng c) A HI.2 Vớ dụ vê kêt £ ^ a0 cau (dan moi ) - Thanh AC : chịu kộo - Thanh AD: chiu non Trong xây dựng các vật liệu sử dụng để chế tạo kết cau rất phong phú, với môn học chỉ giới hạn ở các vật liệu đợc sử dụng phổ biến nhất.
Đó là các vật liệu: bê tông cốt thép, gỗ, thép, gạch đá. Từ đó chơng trình cũng phân ra thành các kết cầu theo vật liệu: Kế cấu gỗ, kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép. Tai trong va ndi luc Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu sinh ra trong quá trình sử dụng, chế tạo vận chuyển kết cấu, nó đợc phân loại tuỳ theo tính chất tác dụng, qui định về các loại tại trọng tham khảo trong TCVN 2737-1995. Phân loại tải trọng theo phạm vi tác dụng Cách chia tải trọng theo phạm vi tác dụng đã đợc giới thiệu trong môn học Cơ học xây dựng, theo đó ta có hai loại: -_ Tải trọng phân bố: tải trọng phân bô trên đơn vị chiều đài hoặc diện tích, cờng độ tải trọng biến thiên hoặc là hang sé.
Cụ thể ta có: 1 Tải trọng phân bố trên chiêu dài (đều hình 1.3a hoặc không đều hình 1.3c) (daN/cm, daN/m, KNm. LÌ Tải trọng phân bổ trên diện tích (daN/HẺ. - _ Tải trọng tập trung: diện truyền tải nhỏ (coi nh điểm).1-3: Céc so dd tai e) ALN trong ss, _—/| a) tai tron, õna-bố.đềt crò lều dài AN .Y ) tai trong phon bố trờn chiều dài (dạng hỡnh thang) ì ) —} c)tai trong phon bố tron chiéu dai (dang tam gidc) d) tai trong phõn bé tron diện toch e) tai trong tap trung 2. Phan loai tai trong theo giá trị tiêu chuẩn và tính toán Các giá trị fải trọng tiêu chuẩn là đặc trng cơ bản của tải trọng.
Nó đợc xác định dựa theo các số liệu thống kê (nh khối lợng ngời, dụng cụ, vật liệu. trên sàn nhà, tải trọng gió), dựa theo các kích thớc hình học và loại vật liệu của bản thân kết cấu cũng nh của các bộ phận khác tác dụng vào kết cấu. Ta kí hiệu tải trọng tiêu chuẩn là ptc. Trong thực tế chế tạo, vận chuyền và sử dụng kết cấu, tải trọng phát sinh có thể sai khác với giá trị tải trọng tiêu chuẩn ptc tính toán đợc (có thể tăng lên hoặc giảm đi).
Sự sai khác này có thể gây bất lợi cho kết cấu, nên trong tính toán thờng sử dụng giá trị tính toán của tải trọng gọi là fđi trọng 5 tính toán ki hiéu 1a ptt, ptt doc tinh bằng tích số giữa tải trọng tiêu chuẩn pte và một hệ số gọi là hệ số vợt tải (hoặc hệ số tin cậy) kí hiệu n.n Thông thờng n®l, nghĩa là tải trọng tính toán thờng có giá trị lớn hơn tải trọng tiêu chuẩn. Tuy nhiên, khi kiểm tra ổn định chống lật, tải trọng do kết cấu chống lật nếu giảm xuống thì làm cho kết cau bat lợi hon thi lay hệ số vợt tải n=0,9. Hệ số vợt tải đợc tra ở phụ lục 1, phụ lục 2. Cách tính ptc sẽ đợc trình bày cụ thể trong các chơng sau.
Phân loại tải trọng theo thời gian tác dụng Tải trọng đợc chia thành tải trọng thờng xuyên và tải trọng tạm thời tuỳ thuộc vào thời gian tác dụng của chúng. Tải trọng thờng xuyên (tiêu chuẩn hoặc tính toán) Tải trọng thờng xuyên là các tải trọng tác dụng không biến đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Tải trọng thòng xuyên gồm có: khối lợng nhà, công trình (gồm khối l-ong các kết cấu chịu lực và bao che) 3. Tai trong tam thoi Tai trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nao do cua quá trình xây dựng va sử dụng.
Gồm ba loại, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng đặc biệt. Tải trọng tam thời dài hạn gôm có: khối lợng thiết bị cỗ định, áp lực chất lỏng, chất rời trong bể chứa va đờng ống, tải trọng tác dụng lên sàn do vật liệu chứa và thiết bị trong các phòng, kho, tải trọng do cầu trục, Tải trọng tạm thời ngắn hạn gốm có: khối lợng ngời, vật liệu sửa chữa, phụ kiện và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ sửa chữa, tải trọng sinh ra khi chế tạo, vận chuyên va lap dung, tdi trong lên sàn nhà ở, nhà công cộng lấy ở phụ lục 34, tải trọng gió Tải trọng tạm thời đặc biệt gồm có: tải trọng động đất, tải trọng do nổ. Nội lực Khi đã có sơ đồ tính toán kết cấu và các tải trọng tác dụng vào kết cấu thi nội lực đợc xác định theo các phơng pháp đã nghiên cứu trong Cơ học xây dựng, đó chính là các sơ đồ đàn hồi. Ngoài ra trong các kết cấu bê tông cốt thép cụ thể có sơ đồ tính siêu tĩnh, thì vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi nên cần kê đến biến dang dẻo khi xác định nội lực.
Tuy nhiên hầu hết các kết cấu ta vẫn có thể sử dụng sơ đồ đàn hồi để tính toán. Theo TCVN 2737-1995, ta cần phải xác định các fổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt. Tuy nhiên thực tế thờng tìm các tiết diện có nôi lực nguy hiểm bằng cách 16 hep nội lực. Theo cách này ta tính nội lực cho từng loại tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải.) sau đó tổ hợp lại để tìm nội lực nguy hiểm.
Cờng độ của vật liệu Còng độ của vật liệu là đặc trng cơ học quan trong, anh hong toi kha năng làm việc của kết cấu. Còng độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại dới tác dụng của ngoại lực (tải trọng, nhiệt độ, môi trờng. Còờng độ vật liệu gồm nhiều loại khác nhau tơng ứng với hình thức chịu lực: kéo, nén, uốn. Còng độ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần cấu trúc vật liệu, phơng pháp thí nghiệm, môi trờng, hình dáng kích thớc mẫu thử.Do đó để so sánh khả năng chịu lực của vật liệu ta phải tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn (kích thớc, cách chế tạo mẫu, phơng pháp và thời gian thí nghiệm), đợc qui định trong các qui phạm.
Thông thờng cờng độ đợc xác định theo phơng pháp phá hoại. Những loại cờng độ quan trọng 1a cong độ chịu nén, cong độ chịu kéo, cờng độ chịu uốn. Phơng pháp xác định các còng độ vật liệu đợc trình bày đối với từng vật liệu cụ thé (g6, thép, bé tông,.) ở các ch-ơng sau. Phơng pháp tính toán Có hai phơng pháp tính toán kết cầu công trinh: tính theo ứng suất cho phép và tính theo trạng thái giới hạn.
Tính toán theo ứng suất cho phép Đây là phơng pháp tính cô điển đã lạc hậu, tuy nhiên nó vẫn đợc một số nớc sử dụng, cũng nh một số loại công trình, kết cầu sử dụng. Theo phơng pháp này khi tính toán thờng so sánh ứng suất lớn nhất do tải trọng sinh ra trong kết cầu với ứng suất cho phép: S max E [s ] Trong đó: Sime? tie suất lớn nhất do các tải trọng đợc tổ hợp ở trờng hợp bat loi nhất sinh ra trong tiết diện nguy hiểm của kết cấu. [ s]: ứng suất cho phép [s ]= s *°/k sgh: cờng độ giới hạn của mẫu thí nghiệm. k: hệ sô an toàn.
„ - Khuyêt điêm của phơng pháp này là sử dụng một hệ sô an toàn k đê xét đến nhiều nhân tố ảnh hỏng. Mà hệ số này lại xác định theo thực nghiệm, thiếu căn cứ khoa học nên tính toán ra thờng quá lớn so với thực tế. Phơng pháp này đang dần đợc thay thế bằng phơng pháp tính toán theo trạng thái giới hạn. Tính toán theo trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn là trạng thái kể từ đó kết cấu không thể sử dụng đợc nữa.
Kết câu xây dựng sử dụng hai nhóm trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGHỊ) Đây là trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực của kết cầu. Cụ thê là đảm bảo cho kết câu: không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động, không bị mắt ồn định về hình dang va vi tri, không bị phá hoại vì mỏi. Điều kiện tính toán là: TÊTu (1.1) Trong đó: T: Giá rị nguy hiểm có thể xảy ra của từng nội lực hoặc đo tác dụng dong thời của một số lực.