Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương trong thiết kế các công trình cầu nhỏ tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP

&PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI

TRẦN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU GỖ ĐỊA PHƯƠNG
TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CẦU NHỎ TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP

&PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI

TRẦN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU GỖ ĐỊA PHƯƠNG
TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CẦU NHỎ TẠI VIỆT NAM

Chunngành:

Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao

thơng Mãsố:

NGƯỜI HƯỚNG DẪNKHOAHỌC

858.02.05

1. TS. TRẦN VĂNĐĂNG
2. TS. LƯƠNG MINH CHÍNH

HÀ NỘI, NĂM 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả Luận văn
Chữ ký

Trần Trung Hiếu

1


LỜI CẢM ƠN
Đề tài luận văn “Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương trong thiết kế các cơng
trình cầu nhỏ tại Việt Nam” được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Văn
Đăng và TS. Lương Minh Chính, Bộ Mơn Cơng trình Giao thơng, Trường Đại Học
Thủy Lợi. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ

Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số107.01-2019.1.
Trước hết, tôi chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia đã
tài trợ kinh phí phục vụ các thí nghiệm nghiên cứu trong luận văn.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Văn Đăng và TS. Lương Minh Chính,
người đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn và giúp tơi hồn thành luận
văn tốt nghiệp của mình.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Thầy Cơ Khoa Cơng Trình, và
ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình Giao thơng, Phịng Quản lý khoa học và Đào tạo
Sau đại học, Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt q
trình học tập và nghiên cứu.
Tơi xin cảm ơn tất cả những đồng nghiệp, những người bạn cùng khóa đào tạo thạc sĩ,
đã cho tôi sự trợ giúp trong việc có được các thơng tin và dữ liệu liên quan đến nghiên
cứu.
Cuối cùng, tơi xin biết ơn gia đình, những người đã luôn ở bênh cạnh, ủng hộ và giúp
đỡ tơi trong suốt thời gian thực hiện khóa đào tạo.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng để hồn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên khó tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tơi rất mong nhận
được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp, đó sẽ là những góp ý q
giá để tơi có thể hồn thiện hơn trong q trình nghiên cứu và công tác saunày.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
DANH MỤCHÌNHẢNH...............................................................................................v
DANH MỤCBẢNGBIỂU...........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT...............................................................................viii
PHẦNMỞĐẦU.............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ GỖ VÀ THIẾT KẾCẦUGỖ.................................4

1.1 Lịch sử cơng trìnhcầugỗ.....................................................................................4
1.2 Thực trạng áp dụng vật liệu gỗ trong cơng trình cầu trên thế giới và tại Việt Nam và
trênthếgiới................................................................................................................... 5
1.3 Vậtliệugỗ............................................................................................................ 6
1.3.1 Hình thái học và cấu trúc vi mơcủagỗ..........................................................6
1.3.2 Nhómgỗ.......................................................................................................8
1.3.3 Tính chất cơ lý-họccủa gỗ............................................................................9
1.3.4 Mơ hình ứng xử cơ họccủagỗ.....................................................................11
1.4 Kết cấu gỗ liên hợpnhiềulớp.............................................................................14
1.4.1 Khái niệm kết cấu dầm gỗ liên hợpnhiềulớp..............................................14
1.4.2 Phân loại dầm gỗ liên hợpnhiềulớp............................................................15
1.5 Kết cấu liên hợp gỗ -bêtông.............................................................................16
1.5.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp gỗ -bêtông.................................................16
1.5.2 Các nghiên cứu mới về kết cấu gỗ- bê tơng và cơng trìnhthực tế................18
1.5.3 Thiết kế kết cấu liên hợp gỗ- bê tông theo tiêuchuẩnEurocode-5...............20
1.6 Vật liệubê tơng.................................................................................................21
1.7 Thiết kế cơng trình cầu theo tiêuchuẩnEurocode..............................................21
CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM GỖĐỊAPHƯƠNG.............25

2.1 Chế tạo mẫu dầmthínghiệm..............................................................................25
2.2 Thí nghiệm uốn4điểm......................................................................................26
2.3 Kết quảthínghiệm.............................................................................................27
CHƯƠNG 3

MƠ HÌNHCẦUGỖ...........................................................................33

3.1 Mởđầu.............................................................................................................. 33

3.2 Các mơ hình vật liệu áp dụng và so sánh vớithựcnghiệm.................................33
3.2.1. Mơ hình đàn hồi- dẻo theo tiêu chuẩn Hill cho vậtliệugỗ...........................33


3.2.2. Mơ hình đàn hồi – dẻo Concrete Damage Plasticity Model (CDPM) cho vật
liệubêtơng.............................................................................................................36
3.3 Mơ hình cầu liên hợp gỗ-bêtơng......................................................................42
3.3.1 Xây dựng mơ hình cầu gỗliênhợp..............................................................43
3.3.2 Đặc tính cơ học của vật liệusửdụng...........................................................47
3.3.3 Tải trọngtác dụng.......................................................................................48
3.3.4 Phân tíchmơhình........................................................................................50
3.4 Kiểm tra ứng suất của tiết diện dầm gỗ liên hợptheoEurocode.........................52
3.5 Kếtluận.............................................................................................................59
KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ.......................................................................................60
TÀI LIỆUTHAMKHẢO..............................................................................................62


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cầu gỗcổđại....................................................................................................4
Hình 1.2 Dầm liên hợp gỗ nhiều lớp, sử dụngkeodán....................................................5
Hình 1.3 Dầm vịm kích thước lớn dạng liên hợp gỗ, sử dụngkeodán............................5
Hình 1.4 Mộng liên kết răng cưađốiđầu.........................................................................6
Hình 1.5 Thân cây gỗ lá kim và cây gỗlábản.................................................................6
Hình 1.6 Mơ tả cấu trúc gỗlákim...................................................................................7
Hình 1.7 Mơ tả cấu trúc gỗlábản....................................................................................7
Hình 1.8 Cấu tạo chung các lớp của tếbàogỗ.................................................................8
Hình 1.9 Ba mặt cắtđặctrưng........................................................................................12
Hình 1.10 Dầm liên hợp gỗ nhiều lớp bằng keodán(GLT)...........................................15
Hình 1.11 Dạng kết cấu liên hợp gỗ -bê tơngđiểnhình.................................................17
Hình 1.12 Các thí nghiệm dầm liên hợp gỗ nguyên cây với bê tông với các dạng liên

kết chống cắt khác nhau của Carlos Martinsetal.[21]...................................................18
Hình 1.13 Mơ hình phần tử hữu hạn 3D cho liên kết chốt của kết cấu gỗ- bê tơng : (a)
thí nghiệm ; (b) mơ hìnhsố[16]....................................................................................19
Hình 1.14 Chi tiết cấu tạo cầu Resgia,ThụySĩ..............................................................19
Hình 1.15 Mơ hìnhtảitrọng...........................................................................................22
Hình 1.16 Mơ hình tải trọng xe tải tandem cho kiểm tracụcbộ.....................................23
Hình 1.17 Bố trí tải trọng cho mơhình2........................................................................23
Hình 2.1 Thiết bị đo độ ẩmcủagỗ.................................................................................25
Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm uốn4điểm..........................................................................26
Hình 2.3 Thí nghiệm uốn 4 điểm và vị trí các cảm biến lực,chuyểnvị..........................26
Hình 2.4 Phá hoại dầm gỗ(phần1)................................................................................27
Hình 2.5 Phá hoại của dầm gỗ(phần2).........................................................................28
Hình 2.6 Đường cong Lực-Chuyển vị giữa nhịp của các dầmgỗthơng.........................29
Hình 2.7 Đường cong Lực- Chuyển vị giữa nhịp của các dầmgỗxoan.........................29
Hình 2.8 Đường cong Lực-Chuyển vị giữa nhịp của các dầm gỗ mỡ.Mô đun đàn
hồiEm,globalvà cường độ uốn fmcủa dầm được xác định lần lượt theo các cơng thức
sau: .30Hình 2.9 Vị trí các điểm tính tốn trên đường cong Lực- Chuyển vịgiữanhịp..31
Hình 3.1 Mơ hình phần tử hữuhạn(Abaqus).................................................................34
Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm uốn 4 điểm theo tiêu chuẩn EN408[26].............................34
Hình 3.3 Điều kiện biên của mơhìnhsố........................................................................35
Hình 3.4 Kết quả phân bố ứng suất của mơ hình phần tửhữuhạn.................................35
Hình 3.5 So sánh đường cong Lực/Chuyển vị giữa mơ hình số và thực nghiệm- dầmgỗ
.......................................................................................................................................36
Hình 3.6 Thí nghiệm uốn 3 điểm mẫu dầm bê tơng100x100x400mm...........................37
Hình 3.7 Đường cong thực nghiệm Lực/chuyển vị của các dầmbêtông.......................37


Hình 3.8 Đường cong ứng suất-biến dạng của bê tơng: (a)- ứng xử kéo; (b) - ứng xử
nén............................................................................................................................... 38
Hình 3.9 Ứng xử cơ học phá hoại nén, kéo củabêtơng.................................................40

Hình 3.10 Mơ hình 3d mẫu bê tơng thínghiệm(Abaqus)...............................................40
Hình 3.11 Điều kiện biên áp dụng cho mơ hình 3d –bê tơng........................................41
Hình 3.12 Phân bố ứng suất trong mơ hình tính tốn của mẫubêtơng..........................41
Hình 3.13 So sánh giữa đường cong của mơ hình số vàthựcnghiệm............................42
Hình 3.14 Mơ hình tổng thể cầu liên hợp gỗ -bêtơng...................................................43
Hình 3.15 Mặt cắt ngang cầu liên hợp gỗ-bêtơng........................................................44
Hình 3.16 Cốt thép bản mặt cầu – cầu liên hợp gỗ-bêtơng...........................................44
Hình 3.17 Bố chí thanh chốt chống cắt, liên kết dầm gỗ và bảnmặtcầu.......................45
Hình 3.18 Phần tử C3D8R áp dụng cho bản mặt cầu và các phiếndầmgỗ....................46
Hình 3.19 Phần tử T3D2 áp dụng cho thép bản mặt cầu và các thanh chốt chống cắt.46
Hình3.20Tảitrọngxehaitrụcphânbốtrêncácdiệntíchbánhxe0,4x0,4m2...................................................... 48
Hình 3.21 Tải trọng làn phần xe chạy9kN/m2.............................................................. 49
Hình 3.22 Tải trọng bộhành5kN/m2............................................................................. 49
Hình 3.23 Tải trọng bản thânkếtcấu.............................................................................50
Hình 3.24 Phân bố ứng suất trên tồn bộ phần tử của mơhìnhcầu................................51
Hình 3.25 Phân bố chuyển vị trên tồnbộcầu...............................................................52
Hình 3.26 Đường cong F-u của độ trượt trongliênkết..................................................53
Hình 3.27 Vị trí trục trung hịa của tiết diện liên hợp gỗ-bê tơng..................................53
Hình 3.28 Bề rộng bản cánhhữuhiệu............................................................................55
Hình 3.29 Phân bố ứng suất trên mặt cắtliênhợp..........................................................57


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc tính cơ lý của một số loại gỗ thông dụng (* ở độ ẩmH=12%)[2]..............9
Bảng 1.2 Phân loại gỗ theo cường độ chịuuốn[6]........................................................10
Bảng 1.3 Quan hệ giữa các đại lượng đàn hồi của gỗ và chỉ số cơhọc [5]....................10
Bảng 1.4 Bảng phân loại dầm liên hợp gỗ nhiều lớp đồng nhất (đơn vị cường độ, mô
đun: N/mm2; đơn vị khối lượngriêng:kg/m3)................................................................15
Bảng 1.5 Thông sốkỹthuật cầu Resgia(Thụysĩ)............................................................20
Bảng 1.6 Giá trị giới hạn của độ võngdầm[7-8]...........................................................21

Bảng 1.7 Số làn xe và bề rộng một làn xe theo tiêuchuẩnEurocode.............................21
Bảng 1.8 Giá trị tải trọng xetảiTandem........................................................................22
Bảng 1.9 Tổ hợp tải trọng cầubộhành..........................................................................24
Bảng 2.1 Kết quả tính tốn cường độ và mơ đun đàn hồi củagỗThơng........................31
Bảng 2.2 Kết quả tính tốn cường độ và mơ đun đàn hồi củagỗXoan..........................31
Bảng 2.3 Kết quả tính tốn cường độ và mơ đun đàn hồi củagỗMỡ.............................32
Bảng 2.4 Giá trị cường độ nén, kéo dọc thớ của các loại gỗ (Đơnvị:MPa)..................32
Bảng 3.1 Các chỉ số cơ học đàn hồi- dẻocủagỗ............................................................47
Bảng 3.2 Các chỉ số dẻo củabêtông..............................................................................48
Bảng 3.3 Giá trị mô đun trượt Kser (N/mm) của các dạng liên kếtchogỗ vớigỗ[11].54


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GLT
TTGHCĐ
TTGHSD

Glued LaminatedTimber
Trạng thái giới hạn cườngđộ
Trạng thái giới hạn sửdụng


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kết cấu gỗ được sử dụng trong các cơng trình dân dụng, tín ngưỡng từ nhiều thế kỉ
trước. Các kết cấu này được tìm thấy ở những ngơi nhà cổ hay nhưng ngơi đình, chùa
ở các địa phương. Do tính hạn chế của vật liệu gỗ khi sử dụng ngoài trời, cùng với
kích thước giới hạn của thân cây gỗ, mà vật liệu gỗ ngày càng ít được sử dụng và dần
bị thay thế bởi các vật liệu nhân tạo như bê tơng, thép. Vai trị của vật liệu gỗ bị mai
một, điều này gây ra tác động tiêu cực về ý thức duy trì nguồn gỗ, nó thể hiện bằng

việc khai thác rừng quá mức so với việc trồngrừng.
Ngày nay các nước tiên tiến đã bắt đầu quan tâm và phát triển mạnh kết cấu và vật liệu
gỗ trong xây dựng cơng trình, nhằm thay thế một phần sự phụ thuộc vào các vật liệu
hóa thạch (đá, thép),đâylà nguồn tài nguyên khơng thể phục hồi. Trong khi đó, gỗ là
nguồn tài nguyên tái sinh, việc trồng rừng tạo ra môi trường xanh, cùng với chế tài
khai thác gỗ hợp lý, điều này giúpduytrì một mơi trường xanh. Hơn nữa các cơng trình
xây dựng bằng gỗ có mức khí thải thấp hơn nhiều lần so với các cơng trình thép hay bê
tơng. Điều đó góp phần chống biến đổi khí hậu tíchcực.
Bài tốn khó đặt ra cho các nhà khoa học, đó là làm sao áp dụng được vật liệu gỗ trong
các cơng trình xây dựng mà kết cấu địi hỏi khả năng chịu tải và vượt nhịp lớn. Các
nghiên cứu trong các thập niên gần đây đã đạt được những thành tích đáng kể. Kết cấu
gỗ hiện đại có thể vượt được nhịp đến 60m, đó là kết cấu gỗ liên hợp dán nhiều thớ.
Mặt khác gỗ được kết hợp với các vật liệu khác như bê tông, tạo ra kết cấu liên hợp,
phát huy tối đa tính năng của từng loại vật liệu. Công nghệ xử lý gỗ được phát triển
giúp tăng khả năng áp dụng gỗ ở điều kiện ngoài trời. Các nghiên cứu này chứng minh
rằng kết cấu gỗ hồn tồn đáp ứng các u cầu của cơng trình hiện đại.
Trong bối cảnh này, vật liệu và kết cấu gỗ cũng cần phải được quan tâm tới trong các
cơng trình xây dựng tại Việt Nam. Hiện nay, thị trường gỗ tại Việt Nam mới chỉ chú
trọng tới các sản phẩm nội thất (bàn, ghê, tủ,…), mà rất ít được sử dụng trong các cơng
trình xây dựng.

1


Trong lĩnh vực cơng trình giao thơng, kết cấu gỗ đã được sử dụng cho xây dựng cầu
nhịp lớn và các cầu nhỏ dành cho người đi bộ. Tại Việt Nam, nhiều địa phương có sẵn
vật liệu gỗ tại chỗ, tuy nhiên các cơng trình cầu bằng gỗ cịn rất hạn chế.
Xuất phát từ các vấn đề đó cùng với sự đồng ý của khoa Cơng trình, Trường Đại học
Thủy Lợi, cũng như sự giúp đỡ và định hướng của Thầy TS. Trần Văn Đăng, thầy TS.
Lương Minh Chính, học viên đã lựa chọn luận văn: “Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ

địa phương trong thiết kế các cơng trình cầu nhỏ tại Việt Nam”.
2. Mục đích của Đềtài
Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu gỗ trong các cơng trình
cầu nhỏ, như là cầu gỗ dành cho người đi bộ và cầu liên hợp gỗ- bê tông cho xe cơ
giới.
3. Đối tượng và phạm vi nghiêncứu
Các đối tượng nghiên cứu bao gồm
Vật liệu và kết cấugỗ
Tiêu chuẩn thiết kế cầuEurocode



Phạm vi nghiên cứu là các cơng trình cầu nhỏ có nhịp dưới 10m và rộng không quá
5m.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiêncứu
Nghiên cứu dựa trên các kết quả đã đạt được từ các cơng trình khoa học đã cơng bố về
vật liệu và kết cấu gỗ, đề xuất các giải pháp thiết kế cầu phù hợp với năng lực chế tạo
cũng như điều kiện địa phương cho phép.
Sử dụng các tiêu chuẩn tính tốn mới như là Eurocode.
Sử dụng các phần mềm tính tốn nâng cao theo phương pháp phần tử hữu hạn như là
phần mềm ABAQUS.


5. Cấu trúc luậnvăn













Cấu trúc của luận văn bao gồm:
Phần mởđầu
Chương 1: Tổng quan về kết cấu gỗ và thiết kế cầugỗ
Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm dầm gỗ địaphương
Chương 3: Mơ hìnhcầu
Kết luận và kiếnnghị
Tài liệu thamkhảo


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GỖ VÀ THIẾT KẾ CẦU GỖ
1.1

Lịch sử cơng trình cầugỗ

Gỗ đã được sử dụng từ thời kỳ đồ đá mới cho vượt sông. Người ta ước tính rằng các
khúc gỗ được đặt bằng phẳng và được phủ bằng sàn ở đó 17.000 năm trước đã tạo
thành những cây cầu đầu tiên ở gỗ, tuy nhiên nhịp được giới hạn ở khoảng mười mét.
Các cây cầu nhịp ngắn để vượt qua một nhành sông Nile cách đây 2000 đến 3000 năm
đã được ghi chép trong các tài liệu của Herodotus. Một cây cầu được hoàn thành ở
Babylon vàonăm783 trước Cơng ngun được tìm thấy trong tài liệu chi tiết nhất. Nói
chung, trong thời cổ đại, tiến bộkỹthuật trong sử dụng kết cấu gỗ là do đóng tàu, đặc
biệt là của người Ai Cập , người Hy Lạp. Quân đội của các đế chế lục địa sử dụng xà
lan nổi làm giá đỡ trung gian. Chúng ta có thể trích dẫn cây cầu Darius trên eo biển

Bosphorus thếkỷthứ 6 trước Cơngngun.

Hình 1.1 Cầu gỗ cổ đại
Người La Mã đã phát triển các cấu trúc mới phức tạp hơn với các cụm, đặc biệt là cầu
nạng, dầm và vịm. Trong số, chúng ta có thể trích dẫn cây cầu Trajan trên sơng
Danubecó niên đại từ 103 và vượt qua 1.100m mỗi nhịp 35m.
Ở châu Á, có những cây cầu thuyền và nhiều các loại cầu có dầm, chân hoặc vòm,
cũng như của những giao cắt bằng cầu treo đến dây leo. Ở đảo Java, kỹ thuật cầu treo
có niên đại từ thời cổ đại. Kỹ thuật của mố trụ búa cũng được phát triển ở châuÁ.


1.2
Thực trạng áp dụng vật liệu gỗ trong cơng trình cầu trên thế giới và tại
Việt Nam và trên thếgiới
Kết cấu gỗ thực sự phát triển vượt bậc trong giai đoạn chiến tranh thế giới thứ 2 (19391945). Do yêu cầu chế tạo các cây cầu tạm, phục vụ vận chuyển hàng hóa, vật liệu gỗ
được ưu tiên do mang tính địa phương, dễ tìm và có sẵn. Rất nhiều kỹ thuật tiến tiến
trong chế tạo kết cấu gỗ được phát minh, trong đó phải kể đến là kết cấu liên hợp gỗ
nhiều lớp, liên kết bằng keo dán. Loại kết cấu này giúp tăng nhịp và kích thước cho
các kết cấu gỗ, vốn dĩ bị hạn chế bởi kích thước của thân cây gỗ tự nhiên. Hình dưới
đây giới thiệu kết cấu gỗ liên hợp nhiều lớp, sử dụng keodán.

Phiến gỗ

Keo dán

Hình 1.2 Dầm liên hợp gỗ nhiều lớp, sử dụng keo dán
Ngày nay các dầm có nhịp đến 60 m đã được chế tạo và sử dụng cho các cơng trình
nhịp lớn, như cơng trình cầu trong giao thơng. Các dạng dầm vịm được ưu tiên nhằm
tạo dạng kết cấu phù hợp sơ đồ chịu lực của công trình nhịp lớn.

Hình 1.3 Dầm vịm kích thước lớn dạng liên hợp gỗ, sử dụng keo dán


Ngồi ra kết cấu gỗ ghép cịn giúp loại bớt những khuyết tật có sẵn của cây gỗ bằng kỹ
thuật ghép mộng răng cưa đối đầu (Hình 1.4)

Hình 1.4 Mộng liên kết răng cưa đối đầu
Hiện nay kết cấu gỗ đang dần có mặt trong các cơng trình ở Việt Nam, tuy nhiên, rất ít
xuất hiện trong các cơng trình nhịp lớn, như cơng trình cầu. Các nghiên cứu về kết cấu
gỗ cịn rất hạn chế và chưa có một hướng rõ ràng.
1.3

Vật liệugỗ

1.3.1 Hình thái học và cấu trúc vi mô củagỗ
Gỗ được chia làm hai loại: gỗ lá kim thuộc họ cây hạt trần, tên khoa học là
gymnospermes và gỗ lá bản thuộc họ cây hạt kín, có tên khoa học là angiospermes.
Các loại gỗ lá kim phổ biến như là gỗ thông, gỗ tùng, gỗ xoan và các loại gỗ lá bản
như là gỗ sồi, dẻ, bạch đàn (Hình1.5).

Hình 1.5 Thân cây gỗ lá kim và cây gỗ lá bản [7].


Hình 1.6 Mơ tả cấu trúc gỗ lá kim [7] .
Gỗ lá kim được cấu tạo từ các mạch, có hình dạng tổ ong giống nhau. Nó giúp truyền
nhựa trong thân cây và ni cây phát triển. Ngồi ra các mạch này giúp hình thành cấu
trúc thân cây, và đứng vững.
Gỗ lá bản bao gồm từ rất nhiều loại tế bào có hình dạng thay đổi, hồn tồn khác so
với gỗ lá kim (Hình1.7).

Hình 1.7 Mơ tả cấu trúc gỗ lá bản [7]


Tế bào gỗ rất khác nhau. Từ ngoài vào trong bao gồm vách đầu tiên và vách thứ hai.
Vách thứ 2 chia làm ba lớp. Lớp đầu tiên ngoài cùng S1 là các vi thớ, nghiêng góc 60°
đến 80° so với với thớ dọc. Lớp giữa S2 gồm các vi thớ xếp đặc, có góc nghiêng từ 5°
đến 30° so với thớ dọc. Chiều dày của lớp này chiếm đến 85% chiều dày của toàn bộ
vách thứ 2. Thớ S2 có vai trị quyết định ứng xửcơ lý của loại gỗ. Thớ trong cùng S3
cógócnghiêngtừ60°đến90sovớithớdọc.

Hình 1.8 Cấu tạo chung các lớp của tế bào gỗ [7]
1.3.2 Nhómgỗ
Theo quy định hiện hành tại Việt Nam hiện nay gỗ tự nhiên được chia thành 8 nhóm
bao gồm [1]:
NhómI:Nhómgỗquýcóvânthớ,màusắcđẹp,cóhươngthơm,độbềnvàgiátrị


kinh tế cao.
Nhóm II: Nhóm gỗ nặng, cứng, có tỷ trọng lớn và sức chịu lựccao.
Nhóm III: Nhóm gỗ nhẹ và mềm hơn nhóm II và nhóm I, nhưng cũng có sức bền,
sức chịu lực cao và độ dẻo dailớn.










Nhóm IV: Nhóm gỗ có thớ mịn, tương đối bền, dễ gia cơng chếbiến.
Nhóm V: Nhóm gỗ trung bình, cótỷtrọng trung bình, dùng rộng rãi trong xây dựng,
đóng đồđạc.
Nhóm VI: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu đựng kém, dễ bị mối mọt nhưng bù lại rất dễ chế
biến.
Nhóm VII: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu lực kém, sức chống mốimọt


Nhóm VIII: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu lực rất kém, khả năng bị mối mọtcao.


1.3.3 Tính chất cơ lý-học củagỗ
Gỗ là vật liệu tự nhiên, các tính chất cơ lý –học của gỗ phụ thuộc vào loại gỗ, khối
lượng riêng, độ ẩm và môi trường sống của gỗ. Bảng 1.1 mơ tả một số đặc tính cơ lý
của các loại gỗ thơng dụng.
Bảng 1.1 Đặc tính cơ lý của một số loại gỗ thông dụng (* ở độ ẩm H=12%) [2]
Đặc tính cơ
lý
Khối lượng
riêng
*(kg/m3)
Hệ số giãn
nở thể tích
(%)
Hệ số giãn
nở theo
phương tiếp
tuyến (%)
Hệ số giãn

nở theo
phương
hướng tâm
(%)
Độ bão hòa
hơi nước
(%)
Mức độ ổn
định khi sử
dụng

Gỗ lá bản

Gỗ lá kim
Lãnh
Vân
sam
sam

Thơng
rừng

Thơng Linh
biển
sam

450±60

550

550

540±40

0,42

0,44±0 0,39±0,
,07
04

0,45

0,45

0,46±0,
02

9,7±0,9

6,9

8,7±2,
3

8,2±0,8

8,3

9

6,9±1,2

5,7±0,
9

4,5±0,5

4,2

4,0±1,
1

3,9±1,4

5,2

4,5

4,7±0,4

32

31

30

29

33

30

32

27

Khá

Trung
Trung
bình
bình
đến khá

Trung
bình

Trung
bình
đến
khá

Trung
bình

Dẻ gai

Sồi

Dẻ

710±3
0

740±50

640

490±5
0

0,54±0
,04

0,44±0,
05

11,6±1
,2

Trung
bình

Trung
bình


Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1072:1971 [3], phân loại gỗ địa phương theo tính chất cơ
lý của từng loại gỗ. Tuy nhiên tiêu chuẩn đã được thực hiện từ năm 1971, và chưa
được cập nhật mới. Ngoài ra, hai tiêu chuẩn mới TCVN 8164: 2015 [4], TCVN 8574:

2010 [5] đã được thiết lập cho phân hạng kết cấu gỗ theo độ bền. Tiêu chuẩn Châu Âu
EN 338 [6] phân loại gỗ lá kim thành 12 loại từ C14 đến C50 tương ứng với cường độ
chịu uốn tương ứng từ 14MPa đến 50MPa. Gỗ lá bản được phân loại từ D18 đến D70
tương ứng với cường độ chịu uốn từ 18 MPa đến 70 MPa (Bảng1.2).
Bảng 1.2 Phân loại gỗ theo cường độ chịu uốn [6]
Gỗ lá
kim
Gỗ lá
bản

C14

C16

C18

C20

C22

C24

C27

C30

C35

C40

C45

C50

-

-

-

-

D18

-

-

D24

-

D30

D35

D40

-

D50

D60

D70

Bảng 1.3 Quan hệ giữa các đại lượng đàn hồi của gỗ và chỉ số cơ học [5]
Gỗ lá bản
H=12%; ρ0=0,65g/cm3
MPa= 106MPa
1
S11
E

R

S122E T
1

S33E L
E E
S 1 R T
12

Gỗ lá kim
H=12%; ρ0=0,45g/cm3


S S ij 
 0 

R

1800/0.65 1.30

0,933 10002370 0,45 

0,705

1030/0.65 1.74

0,920 636 1910 0,45

0,744

14400/0,65 1.03

0,917 1300041700  0,45

0,876

2680/0,65 1.41

0,888 20505280  0,45

0,546

0,805 30800 101000  0,45

0,817

0,727 342000 117000  0,45

0,762

0,912 745989  0,45

0,533

1
ij

1

 RT  TR
E
E
S 1 L T
31200/0,65 1.09
23
 LT  TL
E
E
S 1 R L
37300 /0,65 0,913
31
 RL  LR
1
S 44G TL
971 /0,65 1,26

ij

S1S1B
ij

0

R

S155G

RL

0,900 18612080 0,45

0,676

S166G

1260/0,65 1,34

RT

366/0,65 1,74

0,851 83,6228 0,45

0,460