Giáo trình cơ học kết cấu 1

PGS. TS. ĐỖ KIẾN QUỐC
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG CƠ HỌC KẾT CẤU
 Định nghiã:
Cơ họckếtcấu (CHKC) là môn khoa họcLýthuyết
–Thực nghiệm trình bày các phương pháp tính
toán kếtcấuvềđộbền, độ cứng và độ ổn định do
các nguyên nhân khác nhau: tảitrọng, nhiệt độ,
lún, chế tạo không chính xác.
1. KHÁI NIỆM MÔN HỌC
MỞ ĐẦU 2
 Phương pháp nghiên cứu:
Lý thuyết–Thựcnghiệm:
 Lý thuyết (LT): dự báo khả
năng làm việccủakếtcấu.
 Thực nghiệm (TN): phát
hiệntínhchấtvậtliệuvàkiểm
tra lý thuyết.
1. KHÁI NIỆM MÔN HỌC (TT)
MỞ ĐẦU 3
TN
LT
LT
LT
Cơ sở xây dựng
lý thuyết
Kiểmtralý
thuyết
 Nhiệmvụ chủ yếu:
Xây dựng các phương pháp tính toán nộilực,
làm cơ sởđểkiểm tra các điềukiệnbền, cứng

và ổn định (hiện đại: tuổithọ, độ tin cậy).
1. KHÁI NIỆM MÔN HỌC (TT)
MỞ ĐẦU 4
 Vị trí môn học:
Quá trình thiếtkế công trình bao gồm:
1. KHÁI NIỆM MÔN HỌC (TT)
MỞ ĐẦU 5
Tính nội lực
Tính tiết diện
Kiểm tra bền, cứng, ổn định
CHKC & chuyên môn CHKC Chuyên môn CHKC & chuyên môn
Khâu khó khăn và quan trọng nhất
Sơ đồ kết cấu
 Sơđồtính = Sơđồcông trình + các giả thiết đơn
giản hoá.
2. SƠ ĐỒ TÍNH CỦA CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 6
E, A, I
 Các giả thiếtgồm:
- Thay thanh bằng trục thanh; bản& vỏ bằng mặt
trung gian.
-Tiếtdiện → E, A, I
-Liênkết → Lý tưởng (không ma sát, cứng, đàn
hồi…).
-Tảitrọng đưavề trục thanh.
- Thêm giả thiếtphụ nếucần(nútkhớp, tường
gạch, sàn bêtông…).
2. SƠ ĐỒ TÍNH CỦA CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 7
E, A, I

 Lưuý: Lựcchọnsơđồtính cầnphảnánhtốtsự
làm việccủa công trình thật và phù hợpvớikhả
năng tính toán.
2. SƠ ĐỒ TÍNH CỦA CÔNG TRÌNH (TT)
MỞ ĐẦU 8
E, A, I
Hình 1
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 9
c) Khung
d) Vòm
a) Dầm
b) Dàn
 Theo sơđồtính:
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH (TT)
MỞ ĐẦU 10
Theo sơđồtính (tt):
Hệ phẳng: cấukiệnvàlực đềunằmtrongmặt
phẳng.
Hệ không gian: Không phẳng
Trong thựctế chủ yếulàhệ không gian: dầm
trực giao, dàn không gian, kếtcấutấmvỏ …thí
dụ: nhà cao tầng, cầu, dàn khoang…Nhiềubài
toán không gian khi tính toán được đưavề sơ
đồ hệ phẳng.
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH (TT)
MỞ ĐẦU 11
Theo phương pháp tính nộilực
¾Phương pháp lực:
Hệ tĩnh định: chỉ dùng phương trình cân bằng

là đủ để tìm nộilực.
Hệ siêu tĩnh: phảibổ sung điềukiệnhìnhhọc
(chuyểnvị, biếndạng)
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH (TT)
MỞ ĐẦU 12
Theo phương pháp tính nộilực (tt)
¾Phương pháp chuyểnvị:
 Hệ xác định động: xác định đượcbiếndạng củacác
phầntử thuộchệ chỉ từđiềukiện động họckhihệ bị
chuyểnvị cưỡng bức.
 Hệ siêu động: khi hệ chịuchuyểnvị cưỡng bức, nếuchỉ
dùng điềukiện động học (hình học) thì không đủ xác
định biếndạng củacácphầntử.
∆
a) Hệ xác định động
∆
b) Hệ siêu động
Tảitrọng:
Gây ra nộilực, chuyểnvị cho mọihệ. Mộtsố cách phân
loại:
 Theo vị trí : bất động
di động
 Theo tính chấttácdụng: tĩnh: gia tốcnhỏ, bỏ
qua lực quán tính khi
xét cầnbằng.
động: phải xét đếnlực
quán tính trong
phương trình cân bằng.
 Theo khả năng nhậnbiết: tiền định: P = P(t)
ngẫu nhiên: chỉ biếttheo

qui luật xác suất
4. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY NỘI LỰC VÀ
CHUYỂN VỊ
MỞ ĐẦU 13
Nhiệt độ
Lún
Hai nguyên nhân này gây nộilực, chuyểnvị trong hệ
siêu tĩnh, nhưng chỉ gây chuyểnvị trong hệ tĩnh định.
4. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY NỘI LỰC VÀ
CHUYỂN VỊ (TT)
MỞ ĐẦU 14
 Các giả thiếtnhằm đơngiản hoá tính toán:
1- Vậtliệu đàn hồituântheođịnh luật Hooke.
5. CÁC GIẢ THIẾT VÀ NGUYÊN LÝ CỘNG
TÁC DỤNG
MỞ ĐẦU 15
σ
ε
Các giả thiếtnhằm đơngiản hoá tính toán (tt):
5. CÁC GIẢ THIẾT VÀ NGUYÊN LÝ CỘNG
TÁC DỤNG
MỞ ĐẦU 16
2- Biếndạng và chuyểnvị bé (được dùng như khái
niệm vô cùng bé trong toán học). Cho phép dùng
sơđồkhông biếndạng. Dùng được các xấpxỉ:
sinϕ≈tanϕ≈ϕ, cosϕ = 1 ……
Từđódẫntới nguyên lí cộng tác dụng:
P
1
P

2
∆
P
1
∆
1
P
2
∆
2
=
+
Hình 5
∆(P
1
, P
2
) = ∆(P
1
) + ∆(P
2
)
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 17
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 18
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 19
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 20

3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 21
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 22
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 23
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 24
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 25
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 26
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 27
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 28
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 29
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 30
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 31
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 32
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 33
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 34
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 35

3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 36
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 37
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 38
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 39
3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH
MỞ ĐẦU 40
PGS. TS. ĐỖ KIẾN QUỐC
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG CƠ HỌC KẾT CẤU
CHƯƠNG 1
1. Hệ bất biến hình (BBH)
¾ Định nghĩa: Hệ BBH là hệ khi chịu tải trọng
bất kì vẫn giữ được hình dáng ban đầu nếu bỏ
qua biến dạng đàn hồi.
¾ Tính chất: có khả năng chịu lực trên hình
dạng ban đầu đáp ứng được yêu cầu sử
dụng.
1.1 CÁC KHÁI NIỆM
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 2
2. Hệ biến hình (BH)
¾ Định nghĩa: là hệ khi chịu tải trọng bất kì sẽ
thay đổi hình dáng hữu hạn nếu coi các phần
tử cứng tuyệt đối.
¾ Tính chất: Không có khả năng chịu lực bất kì
trên hình dạng ban đầu → không dùng được
như là 1 kết cấu.

1.1 CÁC KHÁI NIỆM (TT)
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 3
3. Hệ biến hình tức thời (BHTT)
¾ Định nghĩa: là hệ thay đổi hình dáng hình học
vô cùng bé nếu coi các phần tử cứng tuyệt
đối (chính xác hơn: bỏ qua lượng thay đổi vô
cùng bé bậc cao).
Thí dụ: với hình bên ta có độ dãn dài ∆L =
= VCB bậc cao ≈ 0
¾ Tính chất: kết cấu mềm, nội lực rất lớn, nên
không dùng trong thực tế.
1.1 CÁC KHÁI NIỆM (TT)
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 4
P
δ
L
L
2
2L
δ
4. Miếng cứng (MC)
¾ Định nghĩa: MC là hệ phẳng BBH.
¾ Thí dụ:
1.1 CÁC KHÁI NIỆM (TT)
Chương 1: Cấu tạo hình học của hệ phẳng 5
Hệ BBH
Miếng cứng
¾ Ý nghĩa: giúp khảo sát tính chất hình học của
1 hệ phẳng dễ dàng hơn (chỉ quan tâm tính
chất cứng, không quan tâm cấu tạo chi tiết).

5. Bậc tự do (BTD)
-Bậc tự do của 1 hệ là số thông số độc lập đủ xác
định vị trí 1 hệ so với mốc cố định.
-Bậc tự do cuả 1 hệ là số chuyển vị khả dĩ độc lập
so với mốc cố định.
Trong mặt phẳng, 1 điểm có 2 BTD (2 chuyển vị
thẳng), 1 m/c có 3 BTD (2 chuyển vị thẳng, 1 góc
xoay).
Hệ BBH là hệ có BTD bằng 0, hệ BH có BTD khác
0. Vì vậy, khái niệm BTD có thể dùng để k/s cấu
tạo hình học.
1.1 CÁC KHÁI NIỆM (TT)
Chương 1: Cấu tạo hình học của hệ phẳng 6
1. Liên kết đơn giản
¾ Liên kết thanh: là thanh có khớp 2 đầu.
1.2 CÁC LOẠI LIÊN KẾT (TT)
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 7
Tương đương
liên kếtthanh
Tính chất: khử 1 bậctự do, phát sinh 1 phảnlực
(nối2 khớp).
1 m/c có 2 khớpthìtương đương 1 liên kết
thanh
1. Liên kết đơn giản (tt)
¾ Liên kết khớp:
 Tính chất: khử 2 BTD, phát
sinh 2 thành phần phản lực
theo 2 phương xác định.
 Về mặt động học, 1 khớp
tương đương với 2 liên kết

thanh.
 Giao của 2 thanh tương
đương với khớp giả tạo. Vị
trí của khớp giả tạo K thay
đổi khi B dịch chuyển so
với A → khớp tức thời.
1.2 CÁC LOẠI LIÊN KẾT
Chương 1: Cấu tạo hình học của hệ phẳng 8
1. Liên kết đơn giản (tt)
¾ Liên kết hàn:
 Nối cứng 2 miếng cứng với nhau thanh 1
miếng cứng lớn. Để đơn giản việc khảo sát
cấu tạo hình học, nên gom lại ít số miếng
cứng nhất và chỉ nên quan niệm liên kết chỉ
gồm thanh và khớp. Vì vậy phần sau sẽ
không bàn đến liên kết hàn nữa vì chỉ làm
phức tạp.
1.2 CÁC LOẠI LIÊN KẾT
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 9
2. Khớp phức tạp
 Là khớp nối nhiều miếng cứng với nhau.
 Độ phức tạp của khớp phức tạp là số khớp đơn giản
tương đương về mặt liên kết.
p = D - 1
p – độ phức tạp của khớp tương đương số khớp
đơn giản
D – số miếng cứng nối vào khớp K.
 Mục đích: qui đổi tất cả liên kết đã dùng trong hệ
thanh
thành số liên kết thanh tương đương.

1.2 CÁC LOẠI LIÊN KẾT
Chương 1: Cấutạohìnhhọccủahệ phẳng 10
A
B
C
B
A
C
=
K
K
1
K
2