Published on
1. BÀI GIẢNG CƠ HỌC KẾT CẤU CHƯƠNG 2 PGS. TS. ĐỖ KIẾN QUỐC KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
2. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản Hệ dầm: thanh thẳng, chịu uốn là chủ yếu (thường N = 0). Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 2
3. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản Hệ dầm: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 3
4. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản Hệ dầm: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 4
5. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ khung: thanh gãy khúc, nội lực gồm M, Q, N. Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 5
6. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ khung: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 6
7. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ khung: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 7
8. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ TĨNH ĐỊNH 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ khung: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 8
9. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ dàn: Thanh xiên Đốt Mắt Biên trên Thanh đứng Biên dưới Nhịp Hình 2.3 Trong thực tế, mắt dàn là nút cứng → hệ siêu tĩnh phức tạp. Để đơn giản hoá, dùng các giả thiết sau: Mắt dàn là khớp lý tưởng. Nội lực chỉ có Tải trọng chỉ tác dụng ở mắt dàn. lực dọc N ≠ 0 Trọng lượng không đáng kể ( bỏ qua uốn thanh). Ưu điểm: tiết kiệm vật liệu → kết cấu nhẹ, vượt nhịp lớn. Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 9
10. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ TĨNH ĐỊNH (TT) 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ dàn: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 10
11. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ dàn: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 11
12. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ dàn: Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 12
13. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 1. Hệ đơn giản (tt) Hệ 3 khớp Nội lực: M, Q, N; Lực dọc nén: dùng vật liệu dòn. Phản lực: có lực xô nên kết cấu móng bất lợi hơn. Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 13
14. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 2. Hệ ghép Được nối bởi các hệ đơn giản. Thường có 2 loại trong thực tế: Dầm tĩnh định nhiều nhịp Khung tĩnh định nhiều nhịp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 14
15. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 2. Hệ ghép (tt) Về cấu tạo: gồm hệ chính và phụ. Chính : BBH hoặc có khả năng chịu lực khi bỏ kết cấu bên cạnh. Phụ : BH hoặc không có khả năng chịu lực khi bỏ qua kết cấu bên cạnh. Dầm tĩnh định nhiều nhịp Khung tĩnh định nhiều nhịp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 15
16. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 2. Hệ ghép (tt) Cách tính: từ phụ → chính; truyền lực từ phụ → sang chính. Dầm tĩnh định nhiều nhịp Khung tĩnh định nhiều nhịp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 16
17. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 3. Hệ liên hợp (Xem sách) Liên hợp các dạng kết cấu khác nhau như dầm – vòm, dầm – dây xích, dàn – vòm … Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 17
18. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 3. Hệ liên hợp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 18
19. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 3. Hệ liên hợp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 19
20. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 3. Hệ liên hợp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 20
21. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 4. Hệ có mắt truyền lực Mắt truyền lực có tác dụng cố định vị trí tải trọng tác dụng vào kết cấu chính. Hệ thống dầm truyền lực Mắt truyền lực Nhịp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 21
22. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 4. Hệ có mắt truyền lực Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 22
23. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 4. Hệ có mắt truyền lực Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 23
24. 2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA HỆ KẾT CẤU(TT) 4. Hệ có mắt truyền lực Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 24
25. 2.2 NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM & KHUNG ĐƠN GIẢN. 1. Nội lực: M, Q, N M : vẽ theo thớ căng. Q & N : ghi dấu ( qui ước như SBVL). M N Q Hình 2.7 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 25
26. 2.2 NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM & KHUNG ĐƠN GIẢN (TT) 2. Phương pháp vẽ: Phương pháp mặt cắt : Tính phản lực. Chia đoạn (phụ thuộc q, P, trục thanh). Lập biểu thức từng đoạn. Vẽ Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 26
27. 2.2 NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM & KHUNG ĐƠN GIẢN (TT) 2. Phương pháp vẽ (tt): Phương pháp đặc biệt : Tính phản lực. Chia đoạn. Nhận xét dạng biểu đồ & điểm đặc biệt. Tính điểm đặc biệt và vẽ biểu đồ. Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 27
28. 2.2 NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM & KHUNG ĐƠN GIẢN (TT) 3. Thí dụ: Cho hệ có liên kết và chịu lực như hình vẽ. Hãy vẽ biểu đồ M, Q, N. q P= qa qa 2 2 a a Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 28
29. 2.2 NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM & KHUNG ĐƠN GIẢN (TT) 3. q Thí dụ (tt): qa 2 2 Phản lực: HA = P = qa P= qa a HA = qa VA = 0 Nội lực: qa2 qa 2 VD = qa a qa qa 2 Chú ý: nút cân bằng qa 2 2 qa 2 8 qa 2 2 qa2 Q M qa qa N qa qa qa P = qa Hình 2.10 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 29
30. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 1. Phương pháp tách mắt: Nội dung: Lần lượt tách mắt và viết phương trình cân bằng lực để thu được các phương trình đủ để tìm nội lực. P 3 N2 h 1 α N1 2 B A d d Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động d d 30
31. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 1. Phương pháp tách mắt (tt): Trình tự & thủ thuật: Trình tự: tách mắt sao cho mỗt mắt chỉ có 2 lực dọc chưa biết. Thủ thuật: lập 1 phương trình chứa 1 ẩn: loại bỏ lực kia bằng cách chiếu lên phương trình vuông góc với nó. P y 3 x N2 h 1 A α 1 α N1 2 d N2 B d d N1 A d Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 31
32. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 1. Phương pháp tách mắt (tt): Thí dụ: Cho hệ dàn có liên kết và chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy xác định nội lực thanh N1, N2 P 3 N2 h 1 α N1 2 d d d Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động d 32
33. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 1. Phương pháp tách mắt (tt): Thí dụ (tt): Giải A P = ∑ Y = 0: N sinα + A = 0 ⇒ N = 2 2 sinα 2sinα P X = 0: N1 + N 2 cosα = 0 ⇒ N1 = -N 2 cosα = – cotgα ∑ 2 P 3 y N2 N2 x h α α 1 N1 1 N1 2 P A= B A 2 d d d d Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 33
34. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 1. Phương pháp tách mắt (tt): Nhận xét: Mắt có 2 thanh, không có tải trọng: N1=N2=0. Mắt có 3 thanh: N1 = N2 = 0; N3 = 0 N1 N2 N3 N1 α N2 Nhược điểm: Dễ bị sai số truyền Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 34
35. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 2. Phương pháp mặt cắt đơn giản Nội dung: Cắt dàn ( không nhiều hơn 3 thanh). Lập 3 phương trình cân bằng → giải 3 ẩn. N3 J N2 h PI A= 2 d N1 P d d d B P Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 35
36. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 2. Phương pháp mặt cắt đơn giản (tt) Thủ thuật: Lập phương trình chứa 1 ẩn, bằng cách loại đi 2 lực chưa cần tìm. Nếu 2 thanh song song: chiếu lên phương vuông góc. Nếu 2 thanh cắt nhau: lấy mômen với điểm N J cắt. 3 N2 h P I A= d2 N1 P d d d B P Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 36
37. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 2. Phương pháp mặt cắt đơn giản (tt) Thí dụ: Cho hệ dàn có liên kết và chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy xác định nội lực trong thanh N1, N2, N3. N3 J N2 h N1 I d P d d d P Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 37
38. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 2. Phương pháp mặt cắt đơn giản (tt) Thí dụ: (Giải) M Id Ad =− ∑ MI = 0 ⇒ N = − 3 h h d MJ A.2d =− ∑ M J = 0 ⇒ N1 = h h Q A ⇒ N2 = − =− d ∑Y = 0 sin α sin α Nhận xét: M – Thanh biên : dấu và trị số ∼ d h – Thanh xiên : dấu và trị số ∼ Qd N3 J N2 h A= P d2 N1 I P d d d B P Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 38
39. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 3. Phương pháp mặt cắt phối hợp Nội dung: Khi số ẩn lớn hơn 3 dùng 1 số mặt cắt phối hợp để tạo đủ số phương trình. Trong thực tế thường dùng nhiều lắm là 2 mặt cắt. P 1 2-2 α N1 N2 P A= 2 1 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động B 39
40. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 3. Phương pháp mặt cắt phối hợp (tt) Thí dụ: Cho hệ dàn có liên kết và chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy xác định nội lực trong thanh N1, N2, N3 P 1 2-2 α N1 N2 1 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 40
41. 2.3 TÍNH TOÁN HỆ DÀN (TT) 3. Phương pháp mặt cắt phối hợp (tt) Thí dụ (tt): Giải 2-2 P 1 α N1 N2 P A= 2 M/c 1-1: 1 B A P ∑ Y = 0 ⇒ N1cosα − N 2cosα + A = 0 ⇒ N 2 − N1 = cosα = 2cosα M/c 2-2 (tách mắt): ∑ X = 0 ⇒ N1sinα + N 2sinα = 0 ⇒ N1 = − N 2 P P N2 = N1 = − → 4cosα 4cosα Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 41
42. 2.4 TÍNH TOÁN HỆ 3 KHỚP 1. Tính phản lực Phân tích phản lực như hình vẽ. Mỗi phương trình P3 cân bằng chỉ chứa 1 ẩn: ∑ MB d = 0 ⇒ VA ∑ MA =0 ∑ MC = 0 ⇒ ZA ∑M = 0 ⇒ ZA Trai Phai C d ⇒ VB C P2 P1 B HA A ZA VdA VA β VB ZB HB VdB Sau đó, có thể phân tích phản lực theo phương đứng và ngang. Nếu tải trọng thẳng đứng thì: HA = HB = H – Lực xô của hệ 3 khớp Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 42
44. 2.4 TÍNH TOÁN HỆ 3 KHỚP (TT) 3. Thí dụ: Cho hệ có liên kết và chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy vẽ biểu đồ M, Q, N q C a A B a a Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 44
45. 2.4 TÍNH TOÁN HỆ 3 KHỚP (TT) 3. Thí dụ (tt): Giải qa 2 2 q qa 2 2 C C a H A B qa M H= qa/2 A qa a a qa qa/2 qa C C N Q B A qa/2 B qa/2 B A qa Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động qa 45
46. 2.5 TÍNH TOÁN HỆ GHÉP Trình tự tính Tách hệ ghép ra các hệ đơn giản. Tính hệ phụ. Truyền lực từ hệ phụ sang chính và tính hệ chính. Ghép các biểu đồ lại. Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 46
47. 2.5 TÍNH TOÁN HỆ GHÉP (TT) Thí dụ: Cho hệ ghép có liên kết và chịu tải trọng như hình vẽ. Hãy vẽ biểu đồ M, Q q = 10 kN/m P = 40 kN 3 3 2 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 8m 47
48. 2.5 TÍNH TOÁN HỆ GHÉP (TT) Thí dụ: q = 10 kN/m P = 40 kN 3 3 8m 2 P = 40 kN 20 kN 20 kN 40 60 20 q = 10 kN/m 20 kN 80 M (kNm) 60 45 20 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động Q 35 (kN) 48
49. 2.5 TÍNH TOÁN HỆ GHÉP (TT) Thí dụ (tt) So sánh với dầm đơn giản: q = 10 kN/m P = 40 kN 3 3 2 8m 40 80 60 M (kNm) 60 q = 10 kN/m 40 kN 75 Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 80 49
50. 2.5 TÍNH TOÁN HỆ CÓ MẮT TRUYỀN LỰC Trình tự tính Truyền lực từ dầm phụ xuống dầm chính. Tính dầm chính. Thí dụ: q Chương 2: Xác định nội lực do tải trọng bất động 50