Bài giảng kết cấu gỗ - Huỳnh Minh Sơn

Bài giảng kết cấu gỗ - Huỳnh Minh Sơn (64 trang) gồm 5 chương Chương mở đầu: Đại cương về kết cấu gỗ

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU GỖ

ξ1 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG

Các loại công trình xây dựng hay bộ phận của công trình chịu được tải trọng làm bằng vật liệu gỗ hay chủ yếu bằng vật liệu gỗ gọi là kết cấu gỗ

1.1 Ưu, nhược điểm của kết cấu gỗ 1 Ưu điểm:

- Nhẹ, khoẻ Tính chất cơ học tương đối cao so với khối lượng riêng C=

; CCT3=3,7 10-4 (m-1

) < C Gỗ nhóm VI =4,3.10-4 (m-1

) < CBT≠200= 2,4.10-3 (m-1

)

- Chịu nén và uốn tốt

- Vật liệu phổ biến, địa phương Ư hạ giá thành vận chuyển - Dễ chế tạo: Cưa, xẻ, khoan, bào, đóng đinh

- Chống xâm thực của môi trường hoá học tốt hơn so với thép và bê tông

Đa số axit nồng độ thấp ở nhiệt độ thường không làm gỗ hỏng Ư Nhà máy ép hoa quả, nhà máy đường, trại chăn nuôi

- Kích thước gỗ tự nhiên hạn chế (Gỗ xẻ: 30<b <320; 1< l <8m )

- Vật liệu ngậm nước, độ ẩm thay đổi theo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường Khi khô co giãn không đều theo các phương, dễ cong vênh, nứt nẻ làm hỏng liên kết

Để hạn chế nhược điểm của gỗ tự nhiên, khi sử dụng cần xử lý để gỗ khỏi bị mục, Phải sấy, hong khô gỗ trước khi sử dụng, không dùng gỗ tươi, gỗ quá độ ẩm qui định; chọn giải pháp sử dụng vật liệu đúng chỗ; tính toán gần với thực tế làm việc của kết cấu

Hiện nay, các phương pháp chế biến gỗ hiện đại đã cải thiện tính chất của vật liệu gỗ Loại gỗ dán gồm nhiều lớp gỗ mỏng dán lại với nhau, đã qua xử lý hoá chất là loại vật liệu quý: Nhẹ, khoẻ (chịu lực tốt) bền, đẹp (không bị mục, mối, mọt, khả năng chịu lửa cao); sản xuất công nghiệp hoá (dễ chế tạo, vận chuyển, thi công)

-

2 Phạm vi sử dụng:

- Nhà dân dụng: Sàn, vì kèo, khung nhà, dầm mái, xà gồ, cầu phông, litô, cầu thang, kết cấu bao che (cửa sổ, cửa đi, cửa trời)

- Nhà sản xuất: Nhà máy, kho tàng, chuồng trại, xưởng chế biến

- Giao thông vận tải: Cầu nhỏ, cầu tạm, cầu phao, cầu trên đường cấp thấp - Thuỷ lợi: Cầu tàu, cửa cống, đập,

- Thi công: Dàn giáo, ván khuôn, cầu công tác, cọc ván, tường chắn

Ở các nước tiên tiến: Gỗ dán được dùng rộng rãi như các nhà công nghiệp lớn, cầu, bể chứa chất lỏng, đường ống ( V < 2200m3, d < 1,5 m); chợ, nhà thờ, triển lãm

ξ2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU GỖ Ở VIỆT NAM

Cùng với gạch đá, gỗ là vật liệu xây dựng chủ yếu và lâu đời, đạt được trình độ cao về nghệ thuật cũng như kỹ thuật (Một số công trình còn lưu lại như: Chùa Một Cột (Hà Nội - 1049), chùa Keo ( Thái Bình), chùa Tây Phương (Hà Tây))

Kết cấu gỗ truyền thống của ta có các đặc điểm:

- Hình thức kết cấu chịu lực là khung không gian Độ cứng dọc nhà lớn, vật liệu gỗ chỉ chịu nén và uốn, không chịu kéo (thích hợp với tính năng chịu lực tốt của gỗ)

- Dùng sức nặng của nhà chịu lực xô ngang (cột chôn không sâu)

- Liên kết: Chủ yếu là liên kết mộng, liên kết chốt, chắc chắn, dễ tháo lắp

- Vật liệu gỗ được bảo vệ tốt như sơn son thấp vàng, ngâm nước, ngâm bùn, mái đua xa cột để hắt nước mưa

- Kích thước: Được thống nhất hoá ở từng địa phương, được ghi trên các thước tầm (rui mực) của mỗi nhà

- Kiến trúc: Chi tiết trang trí kết hợp khéo léo với bộ phận chịu lực tạo nên hình thức nhẹ nhàng, thanh thoát nhưng vẫn chắc chắn vững vàng

Đặc điểm sử dụng kết cấu gỗ của ta hiện nay:

- Gỗ dùng quá ít trong các công trình lớn - Hình thức kết cấu nghèo nàn

CHƯƠNG I: VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG

ξ1 RỪNG VÀ GỖ VIỆT NAM 1.1 Nguồn gỗ:

Nước ta do điều kiện nhiệt đới nên rừng phát triển mạnh và là nguồn cung cấp gỗ

( Miền Bắc: Tây Bắc, Việt Bắc, Khu Bốn; Miền Nam:Tây nguyên, Miền Đông Nam Bộ )

Gỗ của ta có đặc điểm:

- Phong phú, có nhiều loại gỗ quí: Đinh, lim, trai, lát hoa, mun (Việt Bắc); tứ thiết (Nghệ An); Huê mộc, Giáng hương (Quảng Bình); kiềng kiềng, trắc, mun, cam lại (Nam Trung Bộ)

2 Theo quy định Nhà nước

a.Phân nhóm theo TCVN 1072-71; 1077-71 ( về phân nhóm gỗ, quy cách, phẩm chất gỗ)

- Theo chỉ tiêu ứng suất: 6 nhóm

Ứng suất (kG/cm2) Nhóm

Nén dọc Uốn kéo Kéo dọc Cắt dọc

Vài loại gỗ thông dụng

I ≥ 630 ≥ 1300 ≥ 1395 ≥ 125 Xoay, kiền kiền, lim, sến

II 525 - 629 1080 - 1299 1165-1394105 - 124 Giẻ, xoan, giổi, đinh vàng

III 440 - 524 900 - 1079 970 - 116485 - 104 Mỡ, quế, bời lời, hồng may

IV 365 - 439 750 - 899 810 - 969 70 - 84 Giẻ trắng, xoan đào

V 305 - 364 625 - 749 675 - 809 60 - 69 Xoan mộc, trâm, thông vàng, săng trắng

VI ≤ 304 ≤ 624 ≤ 674 ≤ 59 Sung, gòn, núc nác

-

- Theo khối lượng thểí tích: 6 nhóm Cho các loại gỗ chưa có số liệu về ứng suất

Nhóm Khối lượng thể tích ( T/m3)Vài loại gỗ thông dụng I ≥ 0,86 Giẻ vàng, giẻ xám, hổ bì, vải, trâm đỏ

II 0,73 - 0,85 Giẻ cau, xoan đào, sếu, trâm há, vàng vè

III 0,62 - 0,72 Bàng nâu, giẻ ngô, hoa mai, cà lỗ

IV 0,55 - 0,61 Giẻ xoan, xoài, xoan ta, săng vàng

V 0,50 - 0,54 Trâm ối,trám hồng, muông luông

VI ≤ 0,49 Gạo, sung, nâu, vông

b Phân nhóm theo Nghị định 10-CP: ( Quy định tạm thời về sử dụng KCG) 8 nhóm: - Nhóm I: Có màu sắc, bề mặt, mùi hương đặc biệt Ư gỗ quy (trắc, gụ, trai, mun)

- Nhóm II: Có tính chất cơ học cao ( Đinh, lim, sến , táu, kiềng kiềng, nghiến )

- Nhóm III: Có tính dẻo, dai để đóng tàu thuyền ( Chò chỉ, tếch, sáng lẻ )

- Nhóm IV: Có màu sắc và bề mặt phù hợp gỗ công nghiệp và mộc dân dụng ( Mỡ,

vàng tâm, re, giỗi )

- Nhóm V: Gồm các loại gỗ thuộc nhóm hồng sắc ( Giẻ , thông)

- Nhóm VI: Gồm các loại gỗ thuộc nhóm hồng sắc ( Sồi, ràng ràng, bạch đàn ) - Nhóm VII, VIII: Gỗ tạp và xấu ( Gạo, núc nác, nóng ) không dùng làm KCG

c Phân nhóm theo TCXD 44-70 (Quy phạm thiết kế KCG) - Nhóm A: Cấu kiện chịu kéo chính

- Nhóm B: Cấu kiện chịu nén và uốn

- Nhóm C: Cầu phong, litô, ván sàn, cấu kiện chịu lực phụ

1.3 Quy định sử dụng gô:ù

1 Quy định sử dụng gỗ

Hiện vẫn chưa có quy phạm thiết kế KCG áp dụng cho TCVN 1072 - 71, TCVN 1076 - 71 mà chỉ có qui phạm thiết kế KCG áp dụng cho ND 10 -CP (4/1960)

- Nhà lâu năm quan trọng (nhà xưởng, hội trường ) và các bộ phận thường xuyên chịu mưa nắng và tải trọng lớn (cột cầu, dầm cầu ) được dùng gỗ nhóm II

- Nhà cửa thông thường dùng gỗ nhóm V làm kết cấu chịu lực chính, còn các kết cấu khác ( nhà tạm, lán trại, cọc móng, ván khuôn ) chỉ được dùng gỗ nhóm VI, VII

Nghị định 10- CP ra đời từ năm 1960 đến nay không còn phù hợp nữa vì tình hình cung cấp gỗ khó khăn nên gỗ nhóm 2 thì hầu như không được dùng làm nhà; kết cấu chịu lực chính phải dùng nhóm VI, kết cấu phụ dùng gỗ nhóm VII ( đã qua xử lý hoá chất kỹ)

2 Quy cách gỗ xây dựng:

a Gỗ xẻ: Chiều dài gỗ xẻ từ 1 ÷ 8 m, mỗi cấp 0,25 m

- Ván: Khi bề rộng ≥ 3 bề dày: δ = 10 ÷60 mm; b = 30 ÷ 320 mm - Hộp: Khi bề rộng < 3 bề dày: a = 15 ÷ 320 mm; b = 30 ÷ 320 mm

b Gỗ tròn: Theo chiều dài L (m) và đường kính D (cm) được chia làm 4 hạng:

- Vỏ cây: 2 lớp để bảo vệ

- Lớp gỗ giác (gỗ sổng): màu nhạt, ẩm, chứa

chất dinh dưỡng, dễ mục, mọt

- Lớp gỗ lõi (gỗ chết): sẫm, cứng, chứa ít nước,

2.2 Cấu trúc vĩ mô:

Dùng kính hiển vi quan sát ta thấy:

1 Gỗ lá rộng

- Tế bào thớ gỗ: hình thoi nối xếp nhau theo chiều dài thân cây, chiếm tới 76% thể

tích gỗ Ư bộ phận chính chịu lực của gỗ

- Mạch gỗ: tế bào lớn hình ống xếp chồng lên nhau để dẫn nhựa

- - Tia lõi: tế bào nằm ngang để dẫn nhựa theo phương ngang

- Nhu tế bào: nằm quanh mạch gỗ để giữ chất dinh dưỡng

2 Gỗ lá kim:

Không có mạch gỗ Chỉ có quản bào làm nhiệm vụ của tế bào thớ và mạch gỗ và tia lõi

3 Nhận xét:

- Cấu trúc gỗ gồm các thớ chỉ xếp theo phương dọc, có tính chất xếp lớp rõ rệt theo vòng tuổi Gỗ chịu lực khoẻ nhất theo phương dọc thớ, kém nhất theo phương ngang thớ (kém vài chục lần so với phương dọc thớ)Ư Gỗ là vật liệu không đẳng hướng và không đồng nhất, tính chất chịu lực không giống nhau theo các phương và theo vị trí

Hình 1.2 Cấu trúc gỗ lá rộng

- Khi nghiên cứu tính chất cơ học của gỗ phân biệt 3 loại mặt cắt: Mặt cắt ngang ( thẳng góc thân cây); Mặt cắt xuyên tâm ( dọc theo trục thân cây và xuyên qua tâm ); Mặt cắt tiếp tuyến ( dọc theo trục thân cây và khônh đi qua tâm )

- Căn cứ theo các loại mặt cắt phân biệt 3 phương tải trọng: Phương dọc trục, Phương xuyên tâm, Phương tiếp tuyến

Hình 1.3 Các mặt cắt gỗ

ξ3 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA GỖ

3.1 Ảnh hưởng của thời gian chịu lực Cường độ lâu dài của gỗ

- Cường độ gỗ phụ thuộc rõ rệt vào thời gian tác dụng tải trọng Tải trọng tác dụng trong thời gian ngắn thì cường độ càng lớn Khi tải trọng đặt rất nhanh ( t= 0) ta được cường độ bền tức thời σb Khi tải trọng đặt lâu vô hạn ta được cường độ lâu dài σld: Là ứng suất lớn nhất mà mẫu gỗ có thể chịu được mà không bao giờ bị phá hoại

+ σ< σld: không bao giờ bị gỗ bị phá hoại

+ σ > σld: sớm hay muộn gỗ cũng bị phá hoại

Do đó để xác định Rtc ta dựa vào σld:

σld = ( 0,5 ÷ 0,6) σb = K0 σb (1.1)

K0 là hệ số lâu dài

Rtc = σld = K0 σb (1.2)

3.2 Sự làm việc của gỗ khi chịu kéo

- Kéo dọc thớ mẫu thử tiêu chuẩn, vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất và biến dạng, nhận

thấy quan hệ giữa σ - ε gần như thẳng Phá hoại xảy ra đột ngột khi biến dạng tương đối khá nhỏ 0,8% , qui ước lấy σtl = 0,5 σb Ư Khi chịu kéo gỗ làm việc như vật liệu dòn

không thể phân bố lại ứng suất nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố khuyết tật và không đồng nhất

- Cường độ chịu kéo khi thí nghiệm của gỗ khá cao, thường σbk = 800 ÷ 1000 kG/cm2 (gỗ sồi gai σb

=1700kG/cm2) Nhưng thực tế cường độ gỗ chịu kéo giảm đi nhiều do chịu ảnh hưởng các yếu tố khuyết tật của gỗ (mắt gỗ, thớ chéo, kể đến hệ số K2< 1) hay do kích thước tuyệt đối của thanh gỗ lớn đưa đến mức độ không đồng nhất càng cao ( kể đến hệ số K1 < 1) Ư Hệ số đồng nhất: K = K1 K2 Ư Rk = K R tc (1.3)

- Cường độ chịu kéo ngang thớ của gỗ rất nhỏ: ( )

⎝⎛ ÷=

(1.4) RK: Cường độ kéo dọc thớ

- Gỗ không phải là vật liệu chịu kéo tốt Ư Để chịu kéo phải chọn thanh gỗ tốt, ít khuyết tật

3.3 Sự làm việc của gỗ khi chịu nén:

- Nén mẫu thử tiêu chuẩn, vẽ biểu đồ nén σ - ε, nhận thấy: Biểu đồ là một đường cong thoải Phần đầu thẳng: σtl = 0,5 σb Phần sau cong rõ rệt, biến dạng tăng nhanh so với ứng suất Gỗ phá hoại ở biến dạng, tương đối khoảng 0,6 ÷ 0,7 % Ư khi chịu nén gỗ làm việc như vật liệu dẻo, ứng suất được phân bố đều trước khi phá hoại nên ít chịu ảnh hưởng bởi

các yếu tố khuyết tật Ư khi chịu nén gỗ đảm bảo được cường độ Mặc dù σkb = 0,4 σbk( σKb = 300 ÷ 450 kG/cm2) nhưng Rn > RK Ư Nén là hình thức chịu lực phù hợp nhất với gỗ

3.4 Sự làm việc của gỗ khi chịu uốn:

- Tiết diện gỗ gồm 2 vùng kéo và nén Cường độ chịu uốn của gỗ vào khoảng trung gian giữa kéo và nén từ 700 ÷ 900 kG/cm2 Aính hưởng của khuyết tật cũng trung bình

- Khi chịu uốn, gỗ làm việc qua các giai đoạn:

Khi M còn nhỏ: ứng suất pháp phân bố dọc chiều cao tiết diện theo qui luật đường thẳng, biểu đồ có dạng tam giác:

WMu =

- Khi M tăng lên: ứng suất nén tăng chậm theo đường cong, ứng suất kéo tăng nhanh theo đường thẳng, trục trung hoà lùi xuống phía dưới Khi vùng nén xuất hiện biến dạng dẻo Ư Mẫu thử bắt đầu bị phá hoại khi σn = σnb( các thớ nén bị gãy) Mẫu thử bị phá hoại hoàn toàn khi σk= σkb

Trong giai đoạn sau không thể xác định σu theo công thức bền mà ở đây chỉ dùng công thức này theo tính chất qui ước có kể để ảnh hưởng của hình dạng tiết diện:

Muu =

mu: Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện (theo thực nghiệm)

- Môduyn đàn hồi E: Được xác định bởi hệ số góc trong phần đường thẳng ban đầu của biểu đồ ứng suất - biến dạng tức là trong phạm vi giới hạn tỉ lệ Vì phần đường thẳng ban đầu của nén, kéo, uống cũng xấp xỉ như nhau: Gỗ thông Liên Xô và gỗ nhóm V, VI, VII của ta lấy E = 105 kG/cm2

3.5 Sự làm việc của gỗ khi chịu ép mặt:

1.Khái niệm: Ép mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này đến cấu kiện khác qua mặt

tiếp xúc Ứng suất ép mặt tại mặt tiếp xúc:

N: Lực ép mặt

Fem: Diện tích chịu ép mặt ( diện tích tiếp xúc)

- Tuỳ theo phương tác dụng của lực đối với thớ gỗ ta có: + Ép mặt dọc thớ

+ Ép mặt ngang thớ + Ép mặt xiên thơ.ï

-

2 Cường độ ép mặt của gỗ:

a Ép mặt dọc thớ: Cường độ tương đương như nén dọc thớRem (00) = Rem = Rn (1.8)

b Éïp mặt ngang thớ:

- Ban đầu các thớ ép vào nhau trên biểu đồ là đường OA Sau đó các thành tế bào của gỗ sớm bị phá hoại, biến dạng tăng nhanh (AB) Cuối cùng các thành tế bào bị phá hoại lại ép vào nhau và gỗ lại có thể chịu được lực (sự cứng lại) Gỗ phá hoại là do biến dạng lớn quá giới hạn cho phép Cường độ giới hạn chịu ép mặt ngang thớ được căn cứ vào ứng suất tỷ lệ σtl (điểm A khi gỗ biến dạng nhiều)

- Ép mặt ngang thớ lại được phân thành:

+ Ép mặt toàn bộ (H.a): Cường độ nhỏ nhất, thực chất là nén ngang thớ + Ép mặt 1 phần chiều dài (H.b): Cường độ tăng theo tỷ lệ l/lem khi l/lem ≤ 3

+ Ép mặt 1 phần diện tích (H.c): Cường độ lớn nhất do có sự tham gia các phần gỗ xung quanh Diện tích tiếp xúc càng nhỏ, cường độ ép mặt càng cao

Rem: Cường độ ép mặt dọc thớ Rem(900

): Cường độ ép mặt ngang thớ

3.6 Sự làm việc của gỗ chịu trượt:

1 Khái niệm: Khi lực trượt nằm trong mặt phẳng tiếp xúc 2 cấu kiện sẽ gây trượt

Ứng suất trượt tại mặt trượt:

FT

-

2 Cường độ chịu trượt:

Rtbtr =

+ Tỷ số ltr/e, cao nhất khi ltr/e = 3 ÷ 4 (nếu quá lớn thì ứng suất phân bố không đều Nếu quá nhỏ ảnh hưởng nội lực bóc ngang thớ gỗ)

+ Có lực ép vuông góc hay không: Lực ép làm tăng khả năng chịu trượt (vì giảm nội lực bóc)

a Cắt đứt thớ: Khả năng chống cắt đứt thớ của gỗ rất lớn nên hầu như không thể xảy ra vì nếu có gỗ sẽ bị phá hoại bởi ép mặt hay uốn trước

b Trượt dọc thớ: Với mẫu thử tiêu chuẩn, ứng suất trượt dọc thớ vào khoảng 70 ÷100 kG/cm2 , lớn nhất so với các trường hợp khác

c Trượt ngang thớ: Với mẫu thử tiêu chuẩn, ứng suất trượt ngang thớ vào khoảng 35÷50 kG/cm2

,

d.Trượt xiên thớ: (ít xảy ra)

( )

sin11+⎜⎜⎝⎛ − ⎟⎟⎠⎞=

(1.14)

3.7 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất cơ học của gỗ:

G1: Trọng lượng gỗ ẩm

G2: Trọng lượng gỗ sau khi sấy khô

- Độ ẩm của gỗ thay đổi theo môi trường xung quanh và ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ của gỗ Khi độ ẩm tăng từ W = 0 đến Wmax = 30% (độ ẩm bão hoà thớ ) thì tính chất cơ lý của gỗ giảm Độ ẩm thay đổi 1% thì chỉ tiêu cơ lý thay đổi 3 ÷ 5% Khi W > Wmaxthì không còn ảnh hưởng đến cường độ của gỗ

- Ở nước ta độ ẩm thăng bằng của gỗ là 17 ÷ 20% nên độ ẩm tiêu chuẩn được qui định là 18% và cường độ của gỗ được quy đổi về cường độ tương ứng:

σ18: Cường độ ở độ ẩm tiêu chuẩn 18%

α: Hệ số điều chỉnh ẩm độ tuỳ thuộc loại gỗ

α = 0,05: nén dọc thớ;α = 0,04: uốn;α = 0,035: nén ngang thớ; α = 0,03: trượt;

- Khi tính toán quy đổi về cường độ ở nhiệt độ tiêu chuẩn được chọn là 200C

-

3 Khối lượng riêng:

- Nói chung khi γ càng lớn thì cường độ càng cao và càng khó mối, mọt, mục, cháy

4 Các bệnh tật:

- Mắt cây: Chỗ gốc của cành đâm từ thân ra, các thớ bị lượn vẹo, mất tính chất liên

tục (các thớ không trùng phương của lực tác dụng) gây nên hiện tượng tập trung ứng suất làm giảm khả năng chịu lực, gây khó khăn trong chế tạo Đặc biệt ảnh hưởng đến cấu kiện chịu kéo hay cấu kiện chịu uốn có mắt nằm trong vùng kéo

Gỗ loại A: Không cho phép có mắt

Gỗ loại B: Không cho phép quá 1 mắt trên 1m dài

- Thớ nghiêng: Không nằm trùng phương trục dọc thớ gỗ, làm giảm cường độ của

gỗ rất nhiều, nhất là đối với các ứng suất tác dụng dọc thanh

- Khe nứt (thường do co ngót): Làm mất tính nguyên vẹn nên khả năng chịu lực của

gỗ giảm; Ít ảnh hưởng đến cường độ nén dọc thớ; chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ nén ngang thớ và trượt; Vết nứt vuông góc ứng suất pháp là nguy hiểm nhất Tạo khe đựng hơi nước làm gỗ ẩm, gây mục bên trong Ư ảnh hưởng chất lượng gỗ

- Mối: Mối ăn gỗ rất nhanh, khó phát hiện

- Mục: Do nấm, gỗ bị biến màu, cấu trúc bị phá hoại, mềm, xếp, vụn nát Ư R giảm

- Mọt: Do sâu đục, mặt gỗ có lỗ ≈ 3mm làm R giảm và gây bẩn Tốc độ phá hoại

chậm hơn mối

3.8 Vấn đề bảo quản gỗ:

- Vật liệu gỗ tự nhiên nói chung không có khả năng tự bảo vệ chống lại sự phá hoại của còn trùng, nấm và chóng hư hại Vì vậy để tăng tuổi thọ công trình chúng ta cần bảo quản gỗ Nghị định 10CP quy định mọi loại gỗ từ nhóm VI trở xuống phải được xử lý trước khi sử dụng Nội dung bảo quản bao gồm việc xử lý bằng hoá chất cũng như dùng các biện pháp kỹ thuật khác

1 Phòng mối: Phá hoại nhanh, khó phát hiện Biện pháp phòng mối: Ngăn không

cho mối thâm nhập vào gỗ, tẩm thuốc vào chân cột chôn trong đất Phát hiện và diệt cả tổ mối bằng hoá chất Không để mối lây lan từ khu vực này sang khu vực khác

2 Phòng mọt: Sâu đục gỗ, đào hang, gây bẩn và giảm khả năng chịu lực của gỗ

Biện pháp phòng trừ: Loại trừ điều kiện sinh trưởng: Ngâm nước cho bột gỗ trôi đi, sơn kín mặt gỗ

3 Phòng hà: Thường gặp khi kết cấu làm việc trong vùng nước mặn, nước lợ Biện pháp

phòng trừ: Thiu gỗ định kỳ làm gỗ cháy sém thành lớp than mỏng bên ngoài; dùng gỗ cứng ( thiết mộc), dẻo ( tếch); gỗ có nhựa ( bạch đàn); để nguyên lớp vỏ cây; bọc kết cấu bằng kim loại, ống sành , amiăng; Dùng hoá chất Creozot, CuSO4

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CƠ BẢN

§1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KCG

1.1 Phương pháp tính theo ứng suất cho phép:

σ max ≤ [ σ]=

σ (2.1)

σmax: Ứng suất lớn nhất trong cấu kiện do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra [σ]: Ứng suất cho phếp của vật liệu

σ gh: Cường độ giới hạn của vật liệu

k: Hệ số an toàn xét đến ảnh hưởng tải trọng tác dụng lâu dài, khuyết tật và các yếu tố khác

- Phương pháp này chỉ dùng 1 hệ số an toàn để xét đến mọi yếu tố khác, bỏ qua tính dẻo của vật liệu, chưa kể đến điều kiện làm việc thực tế của kết cấu

1.2 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn:

1.Khái niệm: Trạng thái giới hạn (TTGH ) là trạng thái lúc kết cấu bắt đầu không

thể tiếp tục sử dụng được nữa

a Trạng thái giới hạn I (Về cường độ và ổn định):

N: Nội lực gây ra bởi tải trọng tính toán trong cấu kiện: i

: Hệ số vượt tải; hệ số an toàn; hệ số tổ hợp

S: Khả năng chịu lực, là nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được, phụ thuộc vào các đặc trưng hình học của tiết diện và các đặc trưng cơ học của vật liệu:

S = γ R A

γ: Hệ số điều kiện làm việc

R: Cường độ tính toán của gỗ R=k.Rtc Rtc: Cường độ tiêu chuẩn của gỗ

k: Hệ số đồng nhất; k=k1.k2

A: Đặc trưng hình học của tiết diện ( F,J,W,S )

b Trạng thái giới hạn II ( Về biến dạng):

∆: Biến dạng do các tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong trường hợp bất lợi nhất:

P .γ δ

δi: Biến dạng gây bởi tải trọng đợn vị

[∆]: Biến dạng cho phép, được qui định trong tiêu chuẩn thiết kế KCG TCXD 44-70

- Phương pháp này dùng các hệ số riêng biệt (hệ số vượt tải, hệ số đồng chất, hệ số điều kiện làm việc) cụ thể và có căn cứ khoa học để xét mỗi trạng thái nguy hiểm của kết cấu Vì vậy, phản ánh đầy đủ tình hình làm việc thực tế của kết cấu, tận dụng được khả năng chịu lực, tiết kiệm vật liệu Do đó, phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn đang được áp dụng ngày càng rộng rãi

§2 CẤÚU KIỆN CHỊU KÉO ĐÚNG TÂM2.1 Khái niệm:

Cấu kiện chịu kéo đúng tâm khi lực kéo nằm dọc theo trục cấu kiện và các chỗ giảm yếu (nếu có) đối xứng qua trục cấu kiện

RmFN ≤

Fth= Fng- Fgy: Diện tích tiết diện thu hẹp của tiết diện

Fgy : Tổng diện tích giảm yếu trên các tiết diện trong khoảng dài 20cm hay mọi giảm yếu trong phạm vi 20cm kể trên 1 tiết diện để tránh phá hoại trên đường gãy khúc

Fgy< 0,5Fng: Giảm yếu đối xứng Fgy< 0,4Fng: Giảm yếu không đối xứng

mk: Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất do giảm yếu làm giảm cường độ chịu kéo của gỗ:

mk= 0,8: khi có giảm yếu tiết diện mk= 1: khi không có giảm yếu tiết diện

Rk: Cường độ chịu kéo dọc thớ của gỗ

- Ngoài ra, qui phạm còn qui định: λ ≤ [λ]: (2.5)

[λ]= 150: cấu kiện chính chịu kéo [λ]= 200: cấu kiện giằng liên kết

§3 CẤU KIỆN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM 3.1 Khái niệm:

Cấu kiện chịu nén đúng tâm khi lực kéo nằm dọc theo trục cấu kiện và các chỗ giảm yếu (nếu có) đối xứng qua trục cấu kiện Thường gặp ở cột, thanh chống

3.2 Công thức tính toán: 1 Điều kiện cường độ:

RmFN ≤

2 Điều kiện ổn định:

N ≤

- Ftt: Diện tích tính toán tiết diện

+ Giảm yếu ở giữa và đối xứng: Ftt= Fng: Khi Fgy ≤ 25% Fng Ftt= 4/3Fth: Khi Fgy > 25% Fng

+ Khi giảm yếu ở biên và đối xứng: Ftt=Fth

+ Khi chỗ giảm yếu ở biên và không đối xứng thì phải tính theo nén lệch tâm

- ϕ: Hệ số uốn dọc: ϕ = n

(2.8) + σbn: Giới hạn bền khi nén dọc thớ + σth: Ứng suất tới hạn

Đặt rmin =

: Bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện (2.9)

lo= µ.l: Chiều dài tính toán của thanh nén Trong giai đoạn đàn hồi: Khi σth= 2

π E≤ σtl ⇔ λ≥ π

σ ≈ 75; kết cấu gỗ,

ta có: gh

ϕ = khi λ > 75 (2.11) Ngoài giai đoạn đàn hồi: Công thức thực nghiệm của Đ.A Côsêcốp:

1 Cấu kiện chịu lực dài và yếu:

Giả thiết λ> 75: nn

RmFN ≤

Thay vào (2.14) F

75,15

2 Cấu kiện chịu lực ngắn và khoẻ: Giả thiết λ≤ 75:

N = ϕRnF= [1- 0,8(λ/100)2]RnF= [F- 0,00008λ2F]Rn Hay: F =

+ 0,001klo2 (3.14)

b Tiết diện tròn:

Thay vào (3.13) ta được: F =

+ 0,001lo2 (3.15)

§4 CẤU KIỆN CHỊU UỐN:4.1 Khái niệm:

- Tuỳ theo phương của tải trọng, cấu kiện chịu uốn được chia ra thành 02 loại:

+Uốn phẳng: Tải trọng nằm trong mặt phẳng chứa một trục quán tính chính

của tiết diện

+Uốn xiên: Tải trọng không nằm trong mặt phẳng chứa trục quán tính chính

nào

- Các kết cấu chịu uốn phổ biến: ván sàn, dầm sàn, dầm mái, xà gỗ, dầm cầu - Khi tính toán ta giả thiết:

+ Gỗ làm việc trong giai đoạn đàn hồi

+ Ứng suất pháp phân bố đều trên chiều cao tiết diện theo đường thẳng + Môđun đàn hồi ở khu vực chịu nén và chịu kéo bằng nhau

4.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn phẳng:

1 Điều kiện cường độ:

uuRmWM ≤

M: Mômen uốn tính toán

Wth: Mômen chống uốn của tiết diện thu hẹp

M và Wth lấy trên 1 tiết diện nơi có Mmax hay giảm yếu lớn nhất

mu: Hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc hình dạng và kích thước của tiết diện: mu= 1,2: Tiết diện tròn không có khe, rãnh

mu= 1,15: Tiết diện có b≥ 15cm và h/b≤ 3,5 mu= 1,0: Tiết diện có b≤ 15cm

Ru: Cường độ chịu uốn tính toán của gỗ

- Ngoài ra, cần kiểm tra ứng suất tiếp trong các trường hợp sau: + Dầm ngắn: l/h≤ 5 ( l: chiều dài dầm, h: chiều cao dầm)

+ Dầm gỗ tiết diện chữ I

+ Dầm có lực tập trung ở gần gối

Sng, Jng: Mômen tĩnh và mômen quán tính của tiết diện nguyên b: Bề rộng tiết diện ở mặt trượt

mtr: Hệ số điều kiện làm việc

Rtr: Cường độ trượt dọc thớ của gỗ khi uốn

2 Điều kiện biến dạng:

;

k=0,208: Dầm đơn,tải phân bố đều

k=0,167: Dầm đơn giản tải tập trung ở giữa nhịp

l: Nhịp của cấu kiện,

[f/l]: Độ võng tương đối cho phép theo quy phạm [f/l]=1/250: Ván sàn;

[f/l]=1/200: Sàn mái, xà gồ, vì kèo; [f/l]=1/150: Cầu phong, ván mái;

4.3 Tính toán cấu kiện chịu uốn xiên:

- Phân tải trọng tác dụng thành các thành phần theo phương các trục chính x, y:

+ Theo phương x:

qx= qcosα ⇒ Mx

+ Theo phương y:

qy= qsinα ⇒ My

1 Điều kiện cường độ:

- Kiểm tra ứng suất lớn nhất theo:

Thay vào (3.20), ta được: Wx≥

(1+ ktgα) (3.21) Để cấu kiện làm việc hợp lý:

σx= σy⇔

bh

2 Điều kiện biến dạng:

f= fx2+ fy2 ≤ [f] (3.22)

fx, fy: độ võng theo phương x và phương y do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

fy =

5Để cấu kiện làm việc hợp lý:

§5 CẤU KIỆN CHỊU NÉN- UỐN

5.1 Khái niệm: Là cấu kiện vừa chịu lực nén dọc N, vừa chịu mômen uốn M, có thể do:

+ Lực nén tác dụng lệch tâm + Tải trọng ngang

+ Cấu kiện bị cong

+ Cấu kiện có chỗ khuyết không đối xứng và chịu lực nén dọc trục

5.2 Tính toán cấu kiện chịu nén- uốn:

- Xét sơ đồ tính toán của cấu kiện chịu các thành phần nội lực: + Lực nén dọc trục N

+ Mômen uốn M do tải trọng ngang q

+ Mômen uốn phụ N.f ( Do N sinh ra khi cấu kiện bị võng )

- Ứng suất lớn nhất ở thớ ngoài cùng:

M: Mômen uốn do tải trọng q gây ra

f: Độ võng lớn nhất do M và N cùng tác dụng gây ra

Chứng minh được thanh chịu nén uốn được tính theo:

- Khi λ> 75: ξ= 1-

=

ttRF

- Nếu e=

> 25cm: W=

- Nếu 1< e=

< 25cm: W=

[3,3+ 0,35(l-1)2+

] (3.28) - Nếu e=

< 1cm: tính như thanh chịu nén đúng tâm

W, N, M, Rn, l lần lượt có đơn vị là cm3

Qo, To là lực cắt và lực trượt chỉ do tải trọng ngang sinh ra

§6 CẤU KIỆN CHỊU KÉO- UỐN

6.1 Khái niệm: Là cấu kiện vừa chịu lực kéo dọc N, vừa chịu mômen uốn M Ở đây,

thiên về an toàn, ta không xét đến mômen phụ Nf vì nó làm giảm mômen uốn do tải trọng

6.2 Tính toán cấu kiện chịu kéo - uốn:

- Kiểm tra tại tiết diện có Mmax hay giảm yếu lớn nhất:

M: Mômen do tải trọng ngang hoặc lực tác dụng lệch tâm gây ra, không xét đến độ võng thanh

- Mômen uốn sinh ra do tác dụng lệch tâm của lực kéo sẽ làm cho ứng suất ở tiết diện giảm yếu tăng lên rất nhiều Do đó, khi thiết kế cấu kiện chịu kéo lệch tâm, cần hướng cho lực kéo vào trọng tâm tiết diện đã thu hẹp

Trang 24

§1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT

1.1 Khái niệm:

- Liên kết là bộ phận quan trọng của kết cấu gỗ có những tác dụng:Tăng chiều dài cấu kiện; Mở rộng tiết diện; Nối các cấu kiện thành những kết cấu khác phức tạp hơn

- Các loại liên kết:

1 Liên kết mộng: Thường dùng ở thanh chịu nén (vì kèo, đầu trụ cọc cầu, ) 2 Liên kết chậm: Dùng để tăng tiết diện thanh

3 Liên kết chốt: Dùng để nối thanh (hai cánh của vì kèo)

4 Liên kết dán: Đây là loại liên kết tiên tiến, có nhiều triển vọng, phù hợp với

phương hướng công nghiệp hoá xây dựng nói chung và công nghiệp chế biến gỗ nói riêng Dùng để tăng tiết diện thanh (tăng bề dày tiết diện ván )

- Ba loại liên kết đầu có khả năng chịu lực thấp hơn, được gọi là liên kết mềm Trong

tính toán phải kể đến sự giảm khả năng chịu lực đó

- Liên kết dán thuộc loại liên kết cứng và không có giảm yếu tiết diện

1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với liên kết:

Để liên kết làm việc chắc chắn, cần thoả mãn các yêu cầu:

- Chặt: Các mặt truyền lực giữa các cấu kiện phải khít, không có khe hở để truyền

lực tốt và hạn chế biến dạng ban đầu Liên kết đinh, chốt, mộng dễ đảm bảo nhất

- Dẻo, dai: Biến dạng khi phá hoại lớn Có sự phân bố lại ứng suất trong liên kết và

tránh phá hoại đột ngột nguy hiểm Liên kết chốt, tì đầu, liên kết kim loại dễ đáp ứng nhất - Phân tán: Vì gỗ thường có khuyết tật (mắt, nứt ) nên cần phân tán liên kết để hạn

chế ảnh hưởng khuyết tật và giảm yếu đối với liên kết Dùng nhiều liên kết nhỏ tốt hơn vì tránh được liên kết lớn ngẫu nhiên trùng vào chỗ khuyết tật

- Liên kết một vị trí phải cùng độ cứng để chịu lực đồng đều ( cùng loại, giống nhau) - Tiết diện giảm yếu của cấu kiện là nhỏ nhất

- Dễ chế tạo đảm bảo chính xác, khít, chặt; dễ kiểm tra, sửa chữa

1.3 Nguyên tắc tính toán liên kết

- Các hình thức liên kết kết cấu gỗ chủ yếu là chịu ép mặt đồng thời chịu trượt:

1 Điều kiện chịu ép mặt:

Nem ≤ T = Rem,α Fem ⇔ em,α

2 Điều kiện chịu trượt:

- Bố trí thêm các liên kết phụ hỗ trợ: Bulông, vòng đai, đinh đĩa đặt theo cấu tạo - Ưu điểm:

+ Liên kết lâu đời nhất, có nhiều kiểu, nhiều loại + Không dùng kim loại

+ Liên kết lộ rõ, dễ kiểm tra, dễ sữa chữa

+ Chế tạo không cần máy móc, phù hợp hiện trường

- Nhược :

+ Tiết diện bị giảm yếu nhiều, dễ phá hoại dòn khi chịu trượt

+ Thủ công, cần thợ khéo, đòi hỏi chính xác, khó áp dụng cơ giới hoá

Trang 26

- Xác định đúng điểm hội tụ của các lực Tại gối dàn vì kèo tam giác: Cần cấu tạo sao cho các lực A,Nn, NK đồng qui Phản lực gối tựa A Lực nén ở thanh cánh trên Nn Lực kéo Nk ở cánh dưới có phương đi qua trọng tâm của tiết diện giảm yếu do rãnh gây ra (để phân bố ứng suất kéo tương đối đều tại tiết diện giảm yếu, tránh nguy hiểm cho thanh chịu kéo Khi đó, phần tiết diện nguyên thì có bị lêch tâm một ít nhưng có thể bỏ qua)

- Chiều sâu rãnh hr: ≤

2 h/3: Mắt đầu dàn ≤

2 h/4 : Mắt trung gian (để cấu kiện không bị giảm yếu nhiều quá và mặt trượt không gần quá lõi cây, dễ gây nguy hiểm khi chịu lực)

- Chiều dài mặt trượt bd:

ltr ≤ 10 hr( để đề phòng ảnh hưởng của hiện tượng xiên thớ đến sự phá hoại tách do trượt gây ra) ltr ≥ 1,5 hr (để tránh hiện tượng tách bóc ( ltr ≥ 3e)); thường ltr = (1,5 ÷ 3)h hoặc (3 ÷ 4 )e - Bố trí bulông an toàn theo cấu tạo φb ≥ 12mm hay tính toán: (để đề phòng có sự dịch chuyển giữa các thanh liên kết hoặc hiện tượng phá hoại liên kết mộng khi chịu tải, )

- Điều kiện trượt ( tiết diện bd): tbtrtrtr

− β

Ntr = Nk = Nncosα;

2.3 Mộng hai răng:

- Sự làm việc của liên kết mộng hai răng cũng giống như liên kết mộng 1 răng , nhưng do lực nén Nn lớn hoặc góc nghiêng α của thanh kéo lớn → cần diện tích ép mặt lớn nên phải dùng liên kết mộng hai răng

1 Cấu tạo:

- Về nguyên tắc, tương tự như liên kết mộng một răng chú ý thêm các đặc điểm sau: - Các trục thanh cũng phải hội tụ đúng như trường hợp một răng: lực kéo cũng đi qua trọng tâm tiết diện giảm yếu

- Đỉnh của răng thứ hai nên nằm trên đường trục của thanh chịu nén(để ứng suất phân bố nhiều hơn trên các diện tích ép mặt)

- Các chiều dài mặt trượt '

trl , ''

l phải thoả: ⎩

- Độ sâu các rãnh '

rh , ''

a Chịu ép mặt ( phá hoại dẻo ) ( tiết diện ab)

- Diện tích ép mặt được lấy bằng tổng diện tích ép mặt Lúc đầu ứng suất không đều, sai biến hình lớn phân loại Ư tính chung 2 răng

- Lực ép mặt tác dụng lên từng răng tỷ lệ diện tích ép mặt:

Trang 28

= '''' '' ''''

b Chịu trượt ( phá hoại dòn ) ( tiết diện bd)

- Tính trượt cho từng mộng riêng rẽ Lực trượt ở mỗi răng tỉ lệ với diện tích ép mặt

τ ; F'tr=bl'tr (3.10) ⇒ tbtr

τ ; F ''tr=b.l''tr (3.11) ⇒ Chiều dài mặt trượt:

'

≥ (3.12)

''

Liên kết mộng đầu dàn, cần cấu tạo gỗ táp và gỗ đệm: Gỗ táp được liên kết với thanh ngang: Bề rộng bằng bề rộng của thanh khoét rãnh; Bề dày: ≥ hr Gỗ đệm nằm dưới gỗ táp và có khấc khớp dày ≥ hr với gỗ táp

2.4 Mộng gỗ tròn:

1 Cấu tạo:

- Khác với gỗ hộp, ở mọi chỗ, các mặt tiếp xúc với nhau đều cắt vát để tạo phẳng - Các lực có thể đồng quy vào trục của các thanh vì thanh dưới được vát cả mặt trên và mặt dưới nên trọng tâm của tiết diện giảm yếu cũng gần trùng trên trục thanh

- Trong liên kết mộng đầu dàn, phải cấu tạo gỗ táp và gỗ gối đệm dưới mộng

- Gỗ táp có bề rộng bằng bề rộng thanh khoét rãnh và có bề dày ≥ hr ( số đinh liên kết gỗ táp với thanh ngang được tính với lực trượt bằng thành phần nằm ngang của lực tính bulông an toàn )

- Gỗ đệm dưới gỗ táp , gỗ gối đệm phải có khấc khớp với gỗ táp sâu ít nhất là 2 cm

; ( 3.15)

Fviênphân = 0,71b.hr; (3.16)

+ Diện tích tỳ đầu được kiểm tra theo điều kiện ép mặt

+ Gối đệm có tác dụng như một vật trung gian truyền nội lực từ thanh này sang thanh khác Do đó, bản thân gối cũng phải đủ cứng để không bị biến dạng khi làm nhiệm vụ truyền lực

Trang 30

c Chêm nghiêng: Thớ chêm tạo với thớ của thanh gỗ một góc α tương đối nhỏ: Trong bản thân chêm không xảy ra trượt; phần phân tố nằm giữa các chêm có lực nén, chêm chỉ chịu ép mặt nghiêng thớ do đó khả năng chống trượt tốt hơn Chêm nghiêng làm việc theo một phương nên phù hợp khi lực trượt giữa các phân tố không đổi dấu

d Chêm cách: Chêm dọc và chêm nghiêng có thể đặt theo kiểu chêm cách Hai thanh gỗ có khe hở để tăng độ cứng tiết diện và thông thoáng Lúc này, phải gia cường bằng bulông để ngăn cản sự xoay của chêm Đường kính bulông xiết φ≥ 12mm

2 Điều kiện cấu tạo:

- Bề sâu rãnh đục hr của 1 phân tố trong liên kết: + 2cm≤ hr≤ h/5: gỗ hộp

+ 3cm≤ hr≤ d/4: gỗ tròn

h,d: chiều cao tiết diện thanh gỗ hộp và đường kính thanh gỗ tròn

- Chiều dài chêm: lch ≥5hr (để chêm khỏi trượt )

- Khoảng cách giữa các chêm: S ≥ lch (để gỗ trong phạm vi giữa các chêm không bị trượt ) - Các mặt tiếp xúc của chêm chế tạo phẳng, khi lắp phải khít chặt để không gây ra phá hoại giòn do ứng suất cục bộ

- Bulông xiết được tính theo lực đẩy ngang của chêm ΦBL≥ 12 mm

3.2 Tính toán liên kết chêm:

1 Sự làm việc của liên kết chêm :

- Chêm và gỗ cơ bản: Làm việc theo các điều kiện chịu ép mặt và chịu trượt - Bulông xiết: Chịu kéo

Trang 32

Hình 3.9 Tính toán liên kết chêm

2 Khả năng chịu lực của liên kết chêm:

a Khả năng chịu lực của chêm:

a1 Theo khả năng chịu ép mặt: Bỏ qua vì gỗ chêm thường tốt hơn gỗ cơ bản a2 Theo khả năng chịu trượt của thân chêm:

Ttr.ch= TBchtr

R . ,αFtr.chmtr.ch (3.18)

Ftr.ch: Diện tích mặt trượt của chêm: Ftr.ch= blch

β = 0,125:do chịu trượt hai phía e= hr: Chêm sát

e= hr+ So: Chêm cách mtr.ch: Hệ số điều kiện làm việc

Chỉ có một chêm: mtr.ch= 1

Có nhiều chêm: mtr.ch= 0,9 chêm ngang; mtr.ch= 0,8 chêm dọc

b Khả năng chịu lực của gỗ cơ bản:

b1 Theo khả năng chịu ép mặt ở đầu chêm:

Tem= Rem,αFem (3.19)

Fem: diện tích ép mặt của đầu chêm: Fem= bhr

b2 Theo khả năng chịu trượt của phần cấu kiện nằm giữa các chêm:

Ttr.CK= TBtr

R Ftr.CK.mtr.CK (3.20)

Ftr.CK: Diện tích mặt trượt của phần cấu kiện nằm giữa hai chêm lân cận: Ftr.CK= bS

β = 0,25: do chịu trượt một phía e’= hr/2

mtr.CK: Hệ số điều kiện làm việc mtr.CK= 0,8 chêm ngang mtr.CK= 0,7 chêm dọc