Chương 1: Những vấn đề chung, 1. Kết cấu xây dựng Môn học Kế: cấu xây dựng nghiên cứu về các giải pháp kết cấu ứng, dung cy thé trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Các kết cấu đợc sử dụng phải đám 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 giái pháp kết cấu hợp lí, nó cũng cần đợc đảm bảo về điều kiện kinh tế, tận dụng đợc nguồn vật liệu tại địa phơng, phù hợp với công nghệ chế tạo, biện pháp thỉ công hiện hành.
ứng sử của các kết cấu trức các tác động (tải trọng, nhiệt độ, thời gian.) trong thực tế rất phức tạp. Nhng khi nghiên cứu ta thong tach những. bộ phận phức tạp thành những bộ phận đơn giản để 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 kế? cấu.
Nh vay: Cầu kiện là một phần tử chịu lực mà vai trò, đặc tính, tính chất của chủng 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, xoi ), và những đại lợng(đặc trng cho đặc tính của chúng) cần xác định có thể tính toán đợc (nh ứng su: 4, biến dạng) khi biết tác động (tải trọng, nhiệt độ. Két céiu là những bộ phận chịu lực phúc tạp, nó đợc tạo thành từ các cấu 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 cầu dàn mái, kết cấu khung bê tông cốt thép.Với kết cấu đản mái ta biết nó chịu các tải trọng trên mái (kể cả tải trọng bản thân) và truyền tải trọng tới các cột (hoặc tờng. Nhng dàn nảy cấu tạo từ các thanh, mỗi thanh nảy có thẻ là cấu kiện chịu nén, ấu kiện chịu kéo.I Ví dụ về cáccầu kiện a) Cau kign chịu nén đúng tâm e) Cấu kiện chịu uốn phẳng a) b) ©) HỊI.2 Vớ dụ vê kêt cầu (dàn mỏi ) - Thanh AC : chịu kộo ~ Thanh AD : chịu nộn Trong xây dựng các vật liệu sử dụng để chế tạo kết cấu rất phong phú, với môn học chỉ giới hạn ở các vật liệu đợc sử dụng phổ biến nhất. vật liệu: bê tông cốt thép, gỗ, thép, gạch đá. Từ đó chơng trình cũng phân ra thành các kết cấu theo vật liệu: tết cẩu gỗ, kết cấu thép, kết cầu bê tông cốt thép II Tải trọng và nội lực Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu sinh ra trong quá trình sử dụng, chế tạo vận chuyên 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 lo: 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: tài trọng phân bỗ trên đơn vị chiều dài hoặc diện tích, cờng độ tải trọng biển thiên hoặc là hằng số. Cụ thể ta có: = Tải trọng phân bổ trên chiêu dài (đều hình 1.3a hoặc không đều hình 1.3c) (đaN/cm, daN/m, KN/m.) Tải trọng phân bổ trên diện tích (daN/mẺ. ~_ Tải trọng tập trưng: diện truyền tải nhỏ (coi nh điểm). 4 4 4 a) b) trong a) tải trọng b) tải trọng phõn bố trờn chiều dài (dạng hỡnh thang) c)tải trọng phõn bố trờn chiều dài (dạng tam giỏc) d)tải trọng phõn bố trờn diện tớch ©) tải trọng tập trung 2.
Phân loại tải trọng theo giá trị tiêu chuẩn và tính toán Các giá trị ti 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 liệ trên sản nhà, tải trọng gió), dựa theo các kích thớc hình học và loại vật liệu của bản thân kết cầu cũng nh của các bộ phận khác tác dụng vào kết cấu. Ta kí hiệu tải trọng tiêu chuẩn là pte. Trong thực tế chế tạo, vận chuyển và sử dụng kết cấu, tải trọng phát sinh có thể sai khác với giá trị tải trong tiêu chuẩn pte 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 thong sit dung giá trị tính toán của tải trọng gọi la tai trong 5 tính toán kí hiệu 1a ptt, ptt đợc tính bằng tích số giữa tải trọng tiêu chuẩn ptc và một hệ số gọi là hệ số vợt tải (hoặc hệ số tin cậy) kí hiệu n.n Thong thong n°1, nghĩa là tải trọng tính toán thờng có giá trị lớn hơn tải trọng tiêu chuẩn. Tuy nhiên, khi kiểm tra ồn định chống lật, tải trọng do kết cầu chống lật nếu giảm xuống thì làm cho kết cấu bắt lợi hơn thì lấy hệ số vợt tai n=0,9. Hệ số vợt tải đợc tra ở phụ lục 1, phụ lục 2. Cách tinh pte sẽ đợc trình bảy cụ thể trong các chơng sau.
Phân loại tải trọng theo thời gian tac dung 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 thong xuyên là các tải trọng tác dụng không biến đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Tải trọng thờng xuyên gâm có: khói lợng nhà, công trình (gảm khối I-ợng các kết cầu chịu lực và bao che) 3.2, Tai trong tạm thời Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nao đó của quá trình xây dựng và sử dụng. Gm ba loại, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng đặc biệt.
Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có: khôi lợng thiết bị cố định, áp lực chất lỏng, chất rời trong bể chứa và 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 trong tạm thời ngắn hạn gằm có: khỗi 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 và lắp dựng, rải trọng lên sàn nhà ở, nhà công cộng lấy ở phụ lục 34, tải trọng giỏ Tai trọng tạm thời đặc biệt gồm có: tải trọng động đất, tải trọng do nô. Khi đã có sơ đồ tính toán kết cấu và các tải trọng tác dụng vào kết cấu thì 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, thi vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi nên cẩn kể đến biến dạng 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 cà phải xác định các 16 hgp tai trong gbm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc bi. Tuy nhién thyc té thong tim cae có nôi lực nguy hiểm bằng cách 14 hgp ngi lye. Theo céch nay ta tính nội lực cho từng loại tai trong (tinh tai, 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 trọng, ảnh hởng tới khả năng làm việc của kết cầu.
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. Còng độ vật liệu gồm nhiều loại khác nhau tơng ứng với hình thức chịu lực: kéo, nén, uốn. Cờng độ của vật liệu phụ thuộc vào nhiễu yếu tố: thành phẩn cấu trúc vật liệu, phơng pháp thí nghiệm, môi tròng, 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 thi 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 là cởng độ chịu nén, còng độ chịu kéo, còng độ chịu uốn. Phơng pháp xác định các còng độ vật liệu đợc trình bảy đối với từng vật liệu cụ thể (gd, thép, bê tông,.) ở các ch-ơng sau. Phơng pháp tính toán Có hai phơng pháp tính toán kết cấu 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 cỗ 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 cấu với ứng suất cho phép: S mạ Ê [s ] Trong đó: S„„„ : ứng suất lớn nhất do các tải trọng đợc tô hợp ở trờng hợp bắt lợi nhất sinh ra trong tiết diện nguy hiểm của kết cầu. [ s]: ứng suất cho phép [s ]= s * /k sgh:_ cờng độ giới hạn của mẫu thí nghiệm.
| Khuyết điểm của phơng pháp nảy là sử dụng một hệ số an toàn k để 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 té. Phong 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 cấu xây dung sir dung 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 cấu. Cụ thể là đảm bảo cho kết cất : không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động, không bị mắt ôn định vẻ hình đáng và vị trí, không bị phá hoại vì mỏi. Điều kiện tính toán là: TÊTu (Ld) Trong đó: T: Giá trị nguy hiểm có thể xảy ra của từng nội lực hoặc do tác dụng đồng thời của một sé lực.T đợc tỉnh toán theo tải trọng tỉnh § toán và đợc chọn trong các tô hợp nội lực từng với trong hop nguy hiểm đổi vớisự làm việc của kết cầu.