Trình bày nhiệm vụ, đối tượng, sơ đồ tính, phân loại và các giả thiết của cơ học kết cấu

NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

BÀI TẬP SỐ 2
GVHD
Lớp
Nhóm

: Nguyễn Xuân Huy
: CTGTCC-K50
: I

CHỦ ĐỀ :
Trình bày nhiệm vụ, đối tượng, sơ đồ tính, phân loại và các giả
thiết của Cơ học kết cấu

NHÓM I-LỚP CTGTCC

1


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Mục lục

NHÓM I-LỚP CTGTCC

2


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

A) Nhiệm vụ và đối tượng của kết cấu
Kết cấu: là bao gồm 1 hoặc nhiều cấu kiện được ghép lại với nhau theo các quy luật nhất
định và chịu sự tác động của các nhân tố bên ngoài như : tải trọng (ngoại lực ) ,thay đổi
nhiệt độ và chuyển vị cưỡng bức (chuyển vị ban đầu).

Hình 1

NHÓM I-LỚP CTGTCC

3


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Hình 2

Hình 3

NHÓM I-LỚP CTGTCC

4


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
Trên đây là hình ảnh về kết cấu từ những thanh thép đơn giản được liên kết với nhau
thông qua liên kết như hàn , bulong , ..tạo thành một cây cầu vững chắc

Hình 4

Hình 5

Vì vậy mà cơ kết cấu giữ 1 vai trò quan trọng trong thiết kế hay kiểm tra công trình và là
công việc đầu tiên phải làm với kỹ sư xây dựng nói chung và kỹ sư xây dựng công trình
giao thông nói riêng

NHÓM I-LỚP CTGTCC

5


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
Cơ học kết cấu là môn khoa học về các phương pháp tính toán công trình đảm bảo cường
độ , độ cứng và độ ổn định .Nhằm đảm bảo cho kết cấu có khả năng chịu tác dụng của tải
trọng mà không bị phá hoại hay không cho chuyển vị quá khả năng của công trình ở trạng
thái làm việc bình thường và đảm bảo vẫn giữ được hình dạng ban đầu của công trình
trong trạng thái biến dạng. Hoặc cũng có thể hiểu đơn giản cơ học kết cấu là 1 môn khoa
học chuyên dụng để phân tích và xác định nội lực với biến dạng của kết cấu khi nó chịu
sự tác động của các nhân tố bên ngoài và xét xem kết cấu có đủ khả năng chịu lực hay
không
Thông thường thì cường độ , độ cứng và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào tính
năng cơ lý của vật liệu ,hình dạng , kích thước của cấu kiện .Mà kích thước của cấu kiện
phụ thuộc vào nội lực phát sinh trong cấu kiện ,do đó nhiệm vụ cơ bản của môn học cơ
kết cấu là xác định nội lực và chuyển vị của kết cấu và phải tính toán trước
Trong tính toán công trình thường phải tính toán thiết kế công trình mới và tính toán
kiểm tra một công trình đã có
Đối với kết cấu tĩnh định : xác định kích thước hình học , tính nội lực của các cấu kiện
trong kết cấu .Từ nội lực tính ra kích thước của các cấu kiện
Đối với kết cáu siêu tĩnh :xác định kích thước hình học công trình và giả định kích thước
các cấu kiện sau đó tính nội lực trong cấu kiện từ nọi lực kiểm nghiệm lại kích thước các
cấu kiện và sửa dổi cho phù hợp với nội lực
Sau khi đã tính toán được các nội lực và biến dạng ,ta căn cứ vào các loại vật liệu định sử

dụng cho công trình như thép bê tông, gỗ v.v. và dựa vào các môn kĩ thuật chuyên môn
để hoàn thiện nốt công trình
Tóm lại , đối tượng chủ yếu của môn học cơ kết cấu là các kết cấu dạng dưới tác dụng
của các ngoại lực bên ngoài và nhiệm vụ chủ yếu là đi xác định nội lực, chuyện vị, biến
dạng trong công trình nhằm xây dựng công trình thỏa mãn:
Điều kiện về độ bền: đảm bảo cho công trình không bị phá hoại dưới tác dụng của ngoại
lực bên ngoài

NHÓM I-LỚP CTGTCC

6


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
Điều kiện về độ cứng: đảm bảo cho công trình không có biến dạng và chuyển vị vượt quá
giới hạn cho phép, đảm bảo cho công trình hoạt động bình thường
Điều kiện về ổn đinh: đảm bảo cho công trình có khả năng bảo toàn vị trí và hình dạng
ban đầu của nó dưới dạng cân bằng trong trạng thái biến dạng

B) Sơ đồ tính toán của kết cấu
Để tính toán một công trình không thể tính toán trên công trình thực tế mà ta cần phải
thay thế bằng sơ đồ tính toán . Vậy sơ đồ tính toán là gì?
Ta có thể hiểu đơn giản : sơ đò tính của kết cấu là hình ảnh đơn giản hóa mà vẫn đảm bảo
chính xác sự làm việc thực tế của công trình và phải dùng để tính toán được.Sơ đồ tính
phải đảm bảo không làm mất các tính chất cơ bản của công trình thực về mặt chịu lực ,
phải giữ được các thông số tính toán chủ yếu và phải đơn giản để việc tính toán được
thuận tiệnmà vẫn đủ độ tin cậy
Sơ đồ tính = sơ đồ công trình + các giả thiết đơn giản hóa
Trên thực tế ,để vẽ sơ đồ tính ta cần thực hiện theo hai bước sau
+ Bước 1 : Chuyển Công trình thực tế về sơ đồ của công trình

+ Bước 2: Chuyển sơ đồ của công trình về sơ dồ tính theo nguyên tắc sau :
-Thay các thanh bằng đường trục ,các bản vỏ bằng mặt trung gian

NHÓM I-LỚP CTGTCC

7


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Hình 6

-Thay các tiết diện bằng các đặc trưng hình học của nó
-Thay các liên kết ở đầu thanh bằng khớp nối hay nối cứng
-Thay các tải trọng bên ngoài về các dạng tải trọng tập trung , tải trọng phân
bố , momen tập trung

Hình 7
Ta sẽ hiểu rõ hơn sau vài ví dụ sau:

NHÓM I-LỚP CTGTCC

8


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

P1

P2

P3

Hình 8
Các gối tự được đưa về các loại gối cơ bản đó la gối cố định và di động , còn các ngoại
lực truyền xuống các dầm phụ thuộc và dầm chính thành các lực tập trung P1,P2,P3

Hình 9
Bước 1 : Chuyển Công trình thực tế về sơ đồ của công trình : Dựa trên các nguyên tắc
chuyển đổi thì : các thanh thép được chuyển thành các đường trục của nó , 2 gối được
đưa về 2 loại gối cơ bản là : gối cố định và gối di động , các ngoại lực là các thùng hàng
truyền lực xuống được biểu hiện bằng các vectơ lực

NHÓM I-LỚP CTGTCC

9


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Hình 10
Bước 2: Sau khi đã chuyển về sơ đồ cong trình thì ta tiếp tục đưa nó về sơ đồ tính : các
thanh liên kết với nhau chuyển về thành các chốt đơn

Hình 11

NHÓM I-LỚP CTGTCC

10

NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
C) Phân loại kết cấu
Có nhiều quan niệm khác nhau để phân loại kết cấu nhưng thông thường có ba cách phân
loại sau:

1) Phân loại theo sơ đồ tính
Cách phân loại này cấc công trình được quy về hai loại : kết cấu phảng và kết cấu không
gian
+ Kết cấu phẳng : Đường trục của các cấu kiện và các tải trọng tác dụng cùng trong mặt
phẳng
Ví dụ :dầm giản đơn , ngàm công son,…

Hình 12

Hình 13
+ Kết cấu không gian : Đường trục của các cấu kiện nằm trong các mặt phẳng khác
nhau hoăc cũng có thể cùng mặt phẳng nhưng tải trọng tác dụng tác dụng ngoài mặt
phẳng của cấu kiện:

NHÓM I-LỚP CTGTCC

11


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Hình 14

2) Phân loại theo phương pháp tính

Theo cách phân loại này ta chia kết cấu ra thành 2 loại chính : Kết cấu tĩnh định và kết
cấu siêu tĩnh
+ Kết cấu tĩnh định : là loại kết cấu khi tính toán nọi lực trong các cấu kiện chỉ cần sử
dụng các phương trình cân bằng tĩnh học

Hình 15

NHÓM I-LỚP CTGTCC

12


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
+ Kết cấu siêu tĩnh : là loại kết cấu khi tính toán ngoài các phương trình cân bằng tĩnh
học còn phải xác lập thêm các phương trình điều kiện về chuyển vị hay điều kiện cân
bằng lực tại các kiên kết mói có thể tính được các nội lực của cấu kiện

Hình 16

3) Phân loại theo phản lực tại gối tựa
Trong tính toán công trình , ở mức độ đủ chính xác , thường đưa về kết cấu phẳng.Gối là
loại liên kết nối công trình với nền móng , gối gồm có các loại sau :
+ Gối di động ( hay gối có trục lăn ) : gối này có thể quay được , di động được nhưng
không cho kết cấu di động theo phương thẳng đứng

Hình 17

NHÓM I-LỚP CTGTCC

13

NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
+ Gối cố định : loại gối này cho phép cấu kiệnquay nhưng không di chuyển theo phương
bất kì nào được

Hình 18
+ Ngàm : loại gối này không cho phép kết cấu quay hay di chuyển bất kì 1 phương nào

Hình 19
Trên là 3 loại gối hay gặp ngaoì ra còn có 1 số loại gối sau:
+ Ngàm trượt ( gối định hướng ) : là loại gối chỉ có thể dịch chuyển theo 1 phương nhất
định , không quay được cũng không dịch chuyển được

NHÓM I-LỚP CTGTCC

14


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY

Hình 20
+ Gối đàn hồi : Bản thân gối có thể biến dạng được tùy thuộc vào độ cứng của gối

Hình 21

D) Các giả thiết trong cơ học kết cấu
Để việc tính toán được đơn giản mà vẫn đảm bảo đủ độ sát thực với sự làm việc của công
trình môn học chấp nhận 1 số giả thiết về tính năng của vật liệu giả thiết biến dạng và
chuyển vị là nhỏ trong kết cấu cụ thể như sau:

+ Giả thiết vật liệu đàn hồi lý tưởng , quan hệ giữa nội lực và biến dạng là tuyến tính
+ Giả thiết biến dạng và chuyển vị ban đầu là nhỏ nên có thể coi không ảnh hưởng đến
hình dạng và các kích thước ban đầu cảu các cấu kiẹn trong công trình
NHÓM I-LỚP CTGTCC

15


NHẬP MÔN THIẾT KẾ VÀ KĨ NĂNG TRÌNH BÀY
Như vậy trong phạm vi môn học các bài toán tính toán công trình đề thuộc bài toán đàn
hồi tuyến tính và tuyến tính hình học
Ngoài ra ta còn hay sử dụng 1 nguyên lý gọi là nguyên lý cộng tác dụng , nội dung
nguyên lý là : một đại lượng nghiên cứu nào dó do nhiều nguyên nhân cùng đồng thời tác
dụng lên công trình gây nên sẽ bằng tổng giá trị của từng thành phần , từng tác nhân tác
dụng riêng rẽ gây nên
Ví dụ : Nếu gọi tổng S là tổng giá trị đạị lượng nghiên cứu thì :

Trong đó :

NHÓM I-LỚP CTGTCC

16