GIÁO TRÌNH KẾT CẤU GỖ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.8 MB, 111 trang )
Kết cấu gỗ
MỤC LỤC
CHƯƠNG MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU GỖ
§ 1. Đặc điểm và phạm vi sử dụng
§ 2. Lịch sử phát triển
CHƯƠNG I: VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG
§ 1. Rừng và gỗ Việt Nam
§ 2. Quy định phân loại và sử dụng gỗ
§ 3. Cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ
§ 4. Tính chất vật lý của gỗ
§ 5. Tính chất cơ học của gỗ
§ 6. Phòng chống mục, mối mọt và phòng hà
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN
§ 1. Nguyên lý và các số liệu tính toán kết cấu gỗ
§ 2. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm
§ 3. Cấu kiện chịu nén đúng tâm
§ 4. Cấu kiện chịu uốn
§ 5. Cấu kiện chịu nén- uốn
§ 6. Cấu kiện chịu kéo- uốn
CHƯƠNG III: LIÊN KẾT KẾT CẤU GỖ
§ 1. Nguyên tắc chung tính toán liên kết
§ 2. Liên kết mộng
§ 3. Liên kết chốt
§ 4. Liên kết chêm
§ 5. Liên kết dán
CHƯƠNG IV:DẦM GỖ
§1. Đại cương về kết cấu gỗ chịu lực
§ 2. Dầm gỗ tiết diện nguyên
§ 3. Dầm tổ hợp
CHƯƠNG V: DÀN GỖ
§ 1. Đại cương về kết cấu dàn
§ 2.Đặc điểm tính toán và cấu tạo kết cấu dàn
§ 3.Dàn mộng
CHƯƠNG VI: CẤU KIỆN TỔ HỢP
§ 1. Khái niệm chung về cấu kiện tổ hợp
§ 2. Tính toán cấu kiện tổ hợp chịu uốn
§ 3. Tính toán cấu kiện tổ hợp chịu nén đúng tâm
§ 4. Tính toán cấu kiện tổ hợp chịu nén -uốn
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
CHƯƠNG MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU GỖ
t 1. Đặc điểm và phạm vi sử dụng
Kết cấu gỗ là loại kết cấu dùng cho các công trình xây dựng hay bộ phận của công
trình chịu tải trọng và làm bằng vật liệu gỗ hay chủ yếu bằng vật liệu gỗ.
Vật liệu gỗ là vật liệu xây dựng tự nhiên phổ biến khắp nơi, nên kết cấu gỗ được sử
dụng rất rộng rãi. Để có thể sử dụng tốt và hợp lý kết cấu gỗ, cần biết ưu khuyết điểm
của nó và phạm vi áp dụng thích hợp.
1.Ưu nhược điểm của kết cấu gỗ
- Ưu điểm:
+ Gỗ là vật liệu nhẹ và khoẻ: được đánh giá qua hệ số c= ρ /R (tỉ số của trọng
lượng riêng chia cho cường độ tính toán của vật liệu).
Với gỗ: c=5,4.10-4 (1/m); với bêtông: c=2,4.10-3 (1/m). Gỗ nhẹ hơn bêtông.
Với gỗ nhóm 4: c=4,3.10-4 (1/m); với thép CT3: c=3,7.10-4 (1/m).
+ Dễ chế tạo và gia công: cưa, bào, xẻ, khoan lỗ, đóng đinh.
+ Vật liệu phổ biến, mang tính chất địa phương: không chỉ có ở các khu rừng núi
và có khắp ở các khu đồng bằng.
- Với các vật liệu gỗ chưa qua chế biến có các nhược điểm sau:
+ Gỗ là loại vật liệu không bền: dễ bị hư hỏng, mối mọt, dễ cháy. Không bền bằng
kết cấu bêtông và thép và không dùng trong các kết cấu vĩnh cửu.
+ Gỗ có tính chất không đồng nhất và không đẳng hướng: cùng một loại gỗ, tuỳ
theo địa phương tính chất có thể khác nhau. Khả năng chịu lực của gỗ theo các phương
khác nhau là khác nhau.
+ Gỗ có nhiều khuyết tật, làm giảm khả năng chịu lực và khó khăn cho chế tạo
như: mắt gỗ, khe nứt, thớ vẹo, lỗ mục, thân dẹt, thót ngọn,…
+ Gỗ là vật liệu ngậm nước: lượng nước trong gỗ thay đổi theo môi trường không
khí. Khi gỗ hút hay nhả hơi nước sẽ bị dãn nở hay co ngót không đều theo các phương
dẫn tới bị nứt nẻ, cong vênh.
+ Kích thước gỗ trong tự nhiên hạn chế (gỗ xẻ: 30
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Khắc phục các nhược điểm trên của gỗ (gỗ thiên nhiên chưa qua chế biến) bằng
cách dùng các thanh và tấm gỗ dán, do nhiều lớp mỏng dán lại với nhau. Loại này có đủ
tính chất sau: nhẹ, khoẻ, chịu lực tốt, đẹp mắt, dễ vận chuyển lắp dựng; chế tạo mang
tính công nghiệp cao. Nó được xử lý bằng hoá chất nên không bị mục, mối, mọt. Gỗ
dán có tiết diện vuông vắn, khó cháy (khả năng chịu lửa hơn hẳn so với kết cấu gỗ
thông thường).
2. Phạm vi sử dụng
Kết cấu gỗ được dùng cho các loại công trình:
- Các công trình kiến trúc cổ: tạo sự trang nghiêm, trang trọng.
- Nhà dân dụng:sàn, vì kèo, khung nhà, dầm mái, xà gồ, cầu phông, lito, cầu thang,
kết cấu bao che,.. nhà công sở, các loại nhà một tầng, hai tầng, nhà văn hoá, trụ sở ở
nông thôn, thị trấn, thành phố miền rừng núi,.. là rất thích hợp.
- Nhà sản xuất: nhà sản xuất nông nghiệp và nhà máy: kho thóc gạo, chuồng trại
chăn nuôi, các xưởng chế biến,…
- Giao thông vận tải: chủ yếu làm cầu trên các đường ôtô, đường sắt. Do tuổi thọ
không cao, nên nó chỉ thích hợp cho các loại cầu nhỏ, hay cầu tạm,cầu phao,..
- Thuỷ lợi, cảng: làm cầu tầu, bến cảng, cống nhỏ, đập nhỏ,..
- Dùng trong xây dựng làm dàn giáo, ván khuôn, cầu công tác, tường chắn,..
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t2. Lịch sử phát triển ( Xem giáo trình)
Các công trình lâu đời truyền thống: chùa Một Cột, chùa Keo, chùa Tây Phương
Đặc điểm: - kết cấu chịu lực khung không gian, độ cứng dọc nhà lớn, gỗ chịu nén
và uốn, không chịu kéo ( thích hợp tính năng chịu lực tốt của gỗ).
- Cột chôn không sâu , dùng sức nặng nhà chịu lực xô ngang
- Liên kết chủ yếu là mộng, chốt chắc chắn, dễ tháo lắp.
- Bảo vệ bằng sơn son thiếp vàng, ngâm nước, ngâm bùn, mái đua hắt
nước mưa,..
-Kiến trúc trang trí chi tiết khéo léo kết hợp kết cấu chịu lực.
Hiện nay kết cấu gỗ dùng ít, hình thức kết cấu ngèo nàn do chưa được quan tâm
nghiên cứu, khai thác bảo quản chưa hợp lý.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
CHƯƠNG I: VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG
t1. Rừng và gỗ Việt Nam
Nước ta có nhiều rừng, diện tích rừng chiếm 43,8% diện tích của toàn quốc. Do
điều kiện nhiệt đới, lắm mưa nhiều nắng, nhiệt độ và độ ẩm thích hợp nên cây cối phát
triển rất mạnh. Rừng cung cấp cho ta hàng ngàn loại cây gỗ khác nhau.
Hàng năm khai thác từ 6 8 triệu m3 gỗ và tre nứa, có nhiều loại gỗ tốt và quý.
- Rừng việt bắc có: Lim, nghiến, vàng tâm ...
- Khu bốn có: Đinh, lim, táu, sến (Nghệ An, Hà Tĩnh)...
- Nghệ an: Giáng hương, huệ mộc...
- Nam Trung Bộ: Kiền kiền, gỗ trắc, gỗ mun, gỗ cam lai...
- Nước lợ gần biển: Chàm, đước...
Trong hàng ngàn loại cây gỗ của rừng nước ta, thường hay sử dụng trên 400 loại.
Theo tập quán của nhân dân ta, gỗ được xếp vào bốn hạng căn cứ vào vẻ đẹp hoặc tính
chất bền vững của gỗ khi làm nhà, đồ đạc:
- Nhóm gỗ quý: các loại có màu sắc đẹp, vân đẹp, hương thơm đặc biệt, không bị
mối mọt, mục: gụ, trắc, mun, lát hoa, trai, trầm hương, ngọc am. Thường được dùng làm
đồ mĩ nghệ.
- Nhóm thiết mộc: các loại gỗ nặng và cứng nhất, tính chất cơ học cao, khó mục và
mối mọt, dùng tốt nhất cho các công trình chịu lực nặng: đinh, lim, sến, táu gọi là gỗ tứ
thiết (4 thứ gỗ sắt)
- Gỗ hồng sắc: gồm các loại gỗ có màu sắc hông, nâu, đỏ nhẹ và kém cứng hơn tứ
thiết. Nó được phân làm loại tốt và loại thường.
+ Hồng sắc tốt: có tính chất dẻo, dễ gia công, tính chất cơ học khá cao, chịu được
nước, ít mối mọt. Dùng làm nhà cửa, đóng tàu thuyền, đồ gỗ rất tốt như mỡ, vàng tâm,
gội nếp, tếch,…
+ Hồng sắc thường: có màu nhạt hơn, chịu mối mọt và chịu lực kém hơn như re,
muồng, sối, xoan, thông,…
- Nhóm gỗ tạp (bạch tạp): gồm các loại gỗ xấu, có màu trắng nhẹ, mềm, dễ bị sâu
mục, tính chất cơ học thấp. Các loại này không bao giờ dùng làm kết cấu chịu lực.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t2. Quy định phân loại và sử dụng gỗ
1. Phân loại gỗ
Theo tập quán có: gỗ quý, thiết mộc, hồng sắc, gỗ tạp.
Tất cả các loại gỗ được phân loại làm 8 nhóm theo Nghị định 10- CP, căn cứ vào
đặc tính kỹ thuật: tính chất cơ lý, màu sắc, cấu trúc, thích ứng với các phạm vi sử dụng
nhất định.
Nhóm I: gồm những loại gỗ có màu sắc, mặt gỗ, hương vị đặc biệt, tức là các loại
“gỗ quý” như trắc, gụ, lát, mun.
Nhóm II: gồm các loại gỗ có tính chất cơ học cao nhất tức là các nhóm thiết mộc:
đinh, lim, sến, táu, trai, nghiến, kiền kiền,..
Nhóm III: gồm những gỗ có tính chất dẻo dai, dùng để đóng tàu thuyền như chò
chỉ, tếch, săng lẻ. (hồng sắc tốt)
Nhóm IV: gỗ có màu sắc, mặt gỗ và khả năng chế biến thích hợp cho công nghiệp
gỗ lạng và đồ mộc như re, mỡ, vàng tâm, giổi,… (hồng sắc tốt)
Nhóm V đến nhóm VIII: căn cứ vào sức chịu lực của gỗ, cụ thể là dựa vào tỉ trọng
của gỗ.
Nhóm V: hồng sắc tốt như giẻ, thông,…
Nhóm VI: gỗ hồng sắc thường như sồi, ràng ràng, bạch đàn,muồng, sấu , xoan,..
Nhóm VII, VIII: gồm các gỗ tạp xấu nhất: gạo, núc nác,...không dùng trong xây
dựng.
Ngoài ra theo TCVN 1072-71; 1077-71 phân loại theo chỉ tiêu ứng suất có 6 nhóm;
theo khối lượng thể tích có 6 nhóm; theo TCXD 44-70 chia 3 nhóm (A: cấu kiện chịu
kéo chính; B: chịu nén, uốn; C: cầu phong, li tô, ván sàn, chịu lực phụ.
2. Gỗ dùng trong xây dựng
Được quy định như sau (áp dụng cho ND 10- CP (4/1960):
- Nhà lâu năm quan trọng như nhà máy, hội trường được dùng gỗ nhóm II làm kết
cấu chịu lực, trừ lim, táu, nghiến.
- Cột cầu, dầm cầu, cửa cống là các bộ phận thường xuyên chịu mưa gió và tải
trọng lớn được dùng mọi loại gỗ nhóm II.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
- Nhà dân dụng như nhà ăn, ở, nhà kho,.. dùng gỗ nhóm V chịu lực.
- Các bộ phận không chịu lực: khung cửa, litô, nhà tạm, ván khuôn,.. dùng gỗ từ
nhóm VI trở xuống.
3. Quy định về kích thước gỗ
Gỗ dùng trong xây dựng có đường kính 15cm trở lên, chiều dài từ 1m đến 4,5m.
Một số bộ phận kết cấu lớn và quan trọng như dầm nhà, vì kèo, cột nhà, dầm cầu,
có thể dùng gỗ từ 4,5m trở lên.
Kích thước gỗ xẻ: phải lấy theo quy cách thống nhất.
Gỗ ván có chiều dày từ 1 đến 4cm, gỗ hộp có tiết diện nhỏ nhất là 3x1cm, lớn nhất
là 20x20cm.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t 3. Cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ
Gỗ Việt Nam hầu hết thuộc loại cây lá rộng, chỉ có khoảng 10 loại gỗ cây lá kim:
thông, ngọc am, kim giao, sam,.. Gỗ cây lá rộng có cấu trúc phức tạp hơn.
Cắt ngang thân cây, bằng mắt thường ta thấy những lớp sau (từ vỏ vào trong):
- Vỏ cây: gồm hai lớp vỏ ngoài và vỏ trong, để bảo vệ cho cây.
- Lớp gỗ giác(gỗ sống): màu nhạt và ẩm, là gỗ còn sống, chứa các chất dinh dưỡng,
dễ bị mục mọt.
- Lớp gỗ lõi (gỗ chết): màu thẫm và cứng hơn gỗ giác, là gỗ đã chết, chứa ít nước,
khó mục mọt hơn. Nhiều loại gỗ mà giác và lõi không phân biệt.
- Tuỷ (ruột) ở trung tâm, là bộ phận mềm yếu nhất, dễ mục nát, xốp.
- Tia lõi: những tia nhỏ hướng vào tâm, để hút nước và gỗ thường bị nứt theo các
tia này.
Nhiều loại gỗ, ta còn thấy các vòng tròn đồng tâm bao quanh tuỷ gọi là vòng tuổi.
Vẽ các mặt cắt của thân cây:
1. Mặt cắt ngang thân
2. Mặt cắt xuyên tâm
3. Mặt cắt tiếp tuyến.
Căn cứ theo các loại mặt cắt phân biệt 3
phương tải trọng: phương dọc trục, phương xuyên
tâm, phương tiếp tuyến.
Dùng kính hiển vi quan sát ta thấy:
H×nh 1.1 - MÆt c¾t ngang c©y gç
- Với cây gỗ lá rộng:
tế bào thớ gỗ hình thoi xếp nối nhau theo chiều dài thân cây, chiếm tới 76% thể
tích gỗ và là bộ phận chính chịu lực của gỗ;
mạch gỗ là những tế bào lớn hình ống xếp chồng lên nhau để dẫn nhựa;
tia lõi là những tế bào nằm ngang để dẫn nhựa theo
phương ngang,
nhu tế bào nằm quanh mạch gỗ để giữ chất dinh
dưỡng.
1
1
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
1-1
Kết cấu gỗ
- Với cây gỗ lá kim: không có mạch gỗ, chỉ có quản bào làm nhiệm vụ của tế bào
thớ gỗ, mạch gỗ và tia lõi.
Về thành phần hoá học
Gỗ gồm các chất hữu cơ, thành phần nguyên tố: C, H, O và một ít N.
Ngoài ra còn có các khoáng chất, chủ yếu là muối Ca, Na, K tạo thành tro khi đốt.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t 4. Tính chất vật lý của gỗ
1. Độ ẩm
Độ ẩm của gỗ được đánh giá bằng lượng nước chứa trong gỗ, có ảnh hưởng đến
tính chất vật lý và cơ học của gỗ, được xác định theo công thức:
W
G1 -G 2
100%
G2
(1-1)
G 1 , G 2 là trọng lượng gỗ ẩm và sau khi sấy cho nước bốc hơi ra hết.
Nước trong gỗ có hai loại:
+ Nước tự do: nằm trong các khoảng trống rỗng bên trong gỗ, giữa các tế bào. Dễ
thoát, dễ vào.
+ Nước hấp phụ: nằm trong tế bào. Khó thoát, ít thay đổi theo các loại gỗ, lớn nhất
nằm trong khoảng 28 đến 32%.
Gỗ mới hạ: W=30%-50%, vỏ gỗ W=100%. Để ngoài tự nhiên, dần dần hơi nước
thoát ra, đạt trạng thái cân bằng, ít biến động. Tại Việt Nam, độ ẩm thăng bằng vào
khoảng 17%-20%.
Sự thay đổi độ ẩm hấp phụ ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng của gỗ, gây ra co
ngót, nở, cong vênh, nứt. Sự co ngót, nở theo các phương khác nhau là khác nhau. Theo
phương ngang: 6-10% theo phương tiếp tuyến; 3-5% theo phương xuyên tâm. Co ngót
dọc thớ khoảng 0,1%.
Sự co ngót, nở, cong vênh, nứt nẻ của gỗ rất tác hại đến kết cấu gỗ, làm hỏng kết
cấu: liên kết mộng lỏng ra, các tấm ván bị cong vênh gây ra các khe nứt làm mất khả
năng chịu lực của kết cấu gỗ.
Để tránh hiện tượng này, trong các công trình xây dựng, độ ẩm của gỗ không quá
25%; gỗ dán không quá 15% (trừ các kết cấu gỗ nằm trong nước).
2. Khối lượng thể tích
- Khối lượng riêng của chất gỗ hầu như giống nhau với mọi loại gỗ, vào khoảng
1,54 ( T/m3 ).
- Khối lượng thể tích: thay đổi khác nhau nhiều tuỳ theo loại gỗ. Nó phụ thuộc vào
cấu trúc của gỗ: số lượng lỗ rỗng, thành tế bào dày hay mỏng, lượng nước. Khối lượng
thể tích cũng là một đặc trưng cho độ bền của gỗ: qua thực nghiệm chứng tỏ là gỗ càng
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
nặng càng khoẻ, khối lượng thể tích và cường độ của gỗ có sự tương quan gần như
tuyến tính.
Gỗ nghiến: G = 1,1 ( T/m3 ).
Gỗ sến: G = 1,08 ( T/m3 ).
Gỗ xoay: G = 1,15 ( T/m3 ).
Với gỗ có G < 0,45 ( T/m3 ), không được phép dùng làm kết cấu chịu lực.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t 5. Tính chất cơ học của gỗ
Tính chất cơ học của gỗ gồm có chỉ tiêu về độ bền, độ đàn hồi khi chịu tác dụng
lực kéo, nén, uốn, ép mặt, trượt,… Đó là những số liệu cần thiết để tính toán kết cấu gỗ.
Các đặc điểm tính chất cơ học của gỗ:
+Cấu trúc gỗ gồm các thớ chỉ xếp theo phương dọc, có tính chất xếp lớp rõ rệt theo
vòng tuổi. Gỗ chịu lực tốt nhất theo phương dọc thớ, kém nhất theo phương ngang thớ (
kém vài chục lần phương dọc thớ) cho nên gỗ là vật liệu không đẳng hướng và không
đồng nhất.
+Cường độ gỗ không đồng nhất, thể hiện rất rõ của sự phân tán các kết quả thí
nghiệm ngay trong một cây gỗ, tuỳ theo mẫu thí nghiệm lấy ở chỗ nào của thân cây.
Nên tính chất cơ học phải được thí nghiệm rất nhiều và lấy trung bình.
+ Cường độ gỗ phụ thuộc vào tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng.
1. Ảnh hưởng của thời gian chịu lực. Cường độ lâu dài của gỗ
Cường độ phụ thuộc nhiều vào tốc độ gia tải: tải trọng càng nhanh thì cường độ
càng cao.
Tiến hành thí nghiệm để xác định quan hệ giữa cường độ của gỗ với thời gian gia
tải, ta có biểu đồ đường cong như hình vẽ.
Quan hệ ứng suất- thời gian
Khi tải trọng đặt rất nhanh (t=0) ta được cường độ bền tức thời ú b.Trên hình vẽ, khi
thời gian gia tải là rất rất nhỏ tức là thời gian đặt tải lâu vô hạn, thì cường độ của gỗ sẽ
đi xuống và tiệm cận với một đường nằm ngang. Trị số của tiệm cận này là ld gọi là
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
cường độ lâu dài của gỗ, là ứng suất lớn nhất gỗ có thể chịu được không bao giờ bị phá
hoại dù tải trọng tác dụng lâu vô hạn. Khi > ld , sớm hay muộn gỗ cũng sẽ bị phá
hoại.
Xác định Rtc ta dựa vào ld
Rtc = ld (0,5 0,6) b K 0 . b
K0 là hệ số lâu dài.
2. Sự làm việc của gỗ chịu kéo, nén, uốn
a. Kéo
Tiến hành kéo một mẫu gỗ như hình vẽ.
N
N
Vẽ biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của gỗ khi kéo.
Đường biểu diễn gần như thẳng nên có thể coi như ứng suất tỉ lệ với biến dạng,
nhất là trong giai đoạn đầu. Giới hạn tỉ lệ quy ước lấy bằng 0,5 giới hạn bền. Mẫu gỗ bị
phá hoại đột ngột ở biến dạng tương đối nhỏ khoảng 0,8%. Vậy gỗ chịu kéo làm việc
như vật liệu dòn; không chảy dẻo, không kèm theo vết nứt.
Cường độ chịu kéo dọc thớ của gỗ thường tới trên 80-100(MPa). Cường độ chịu
kéo ngang thớ của gỗ rất nhỏ, khoảng bằng 1/20-1/15 cường độ kéo dọc thớ.
Nên trong kết cấu gỗ, không bao giờ cho gỗ chịu kéo ngang thớ.
Các khuyết tật như thớ chéo, mắt của gỗ làm giảm rất nhiều cường độ chịu kéo.
H×nh 1.4 - BiÓu ®å øng suÊt - biÕn d¹ng khi kÐo, nÐn
Biểu đồ kéo, nén của gỗ
b. Nén
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Cường độ nén dọc thớ của gỗ nhỏ hơn cường độ kéo vài lần, khoảng 30-45(MPa).
Giới hạn tỉ lệ cũng quy ước bằng 0,5 giới hạn bền. Gỗ bị phá hoại ở biến dạng tương đối
khoảng 0,6-0,7%. 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 của các yếu tố khuyết tật. Nén là hình thức
chịu lực phù hợp nhất với gỗ.
c. Uốn.
H×nh 1.5 - BiÓu ®å øng suÊt - biÕn d¹ng khi kÐo, nÐn
Sự làm việc của gỗ khi uốn
Cường độ chịu uốn của gỗ vào khoảng trung gian giữa cường độ kéo và nén, từ 7090(MPa).ảnh hưởng của khuyết tật cũng trung bình. Các giai đoạn:
Khi mômen uốn nhỏ, ứng suất pháp phân bố dọc chiều cao tiết diện theo quy luật
đường thẳng, biểu đồ dạng tam giác, trị số ứng suất thớ biên xác định bằng công thức:
M
W
(1-2)
Khi tăng tải, ứng suất nén phân bố theo đường cong và tăng chậm, vùng nén xuất
hiện biến dạng dẻo. Ứng suất kéo tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần như đường
thẳng.
Trục trung hoà lùi xuống phía dưới.
Mẫu bắt đầu bị phá hoại khi vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, các thớ gỗ bị gãy
làm xuất hiện các đường gấp nếp trên mặt gỗ.
Mẫu gỗ bị phá hoại hẳn khi ứng suất các thớ biên dưới đạt cường độ kéo.
Trong giai đoạn sau không thể xác định σ theo công thức bền mà ở đây dùng công
thức quy ước có kể đến ảnh hưởng của hình dạng tiết diện:
M
mu W
(1-3)
d. Môđun đàn hồi E của gỗ được xác định bằng phần đường thẳng ban đầu của
biểu đồ ứng suất - biến dạng, tức là E. .
Với gỗ Việt Nam, trị số E thay đổi trong phạm vi rộng, từ 6000 đến 20000(MPa)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
3. Sự làm việc của gỗ về ép mặt và trượt
a. Ép mặt
Là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc nhau; ứng
suất ép mặt xuất hiện ở chỗ tiếp xúc.
Ứng suất ép mặt tính theo công thức:
N
R em
Am
(1-4)
- Ép mặt dọc thớ: Rem R n
- Ép mặt ngang thớ: có biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng như hình vẽ. Cường
độ giới hạn ứng với ứng suất tỉ lệ tl ứng với lúc gỗ bắt đầu bị biến dạng nhiều.
Biểu đồ ép mặt ngang thớ
Rcm (90) K 0 . tl . H×nh 1.6 - Ðp mÆt ngang thí
(1-5)
K0 là hệ số lâu dài.
Ép mặt ngang thớ lại được phân thành:
+ép mặt toàn bộ- cường độ nhỏ nhất, thực chất là nén ngang thớ;
+ép mặt một phần chiều dài- cường độ tăng theo tỷ lệ l/lcm khi l/lcm ≤3;
+ép mặt một phần diện tích : 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
N
N
N
a) Ðp mÆt toµn bé
b) Ðp mÆt côc bé
c) Ðp mÆt côc bé
trªn mét phÇn diÖn tÝch trªn mét phÇn chiÒu dµi
ÉpmÆt
mặt toµn
ngang
H×nh 1.7 - Ðp
béthớ
vµ Ðp mÆt côc bé
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
N
N
N
N
b)Các
Ðp mÆt
ngang
dạng
ép thí
mặt:
a) Ðp mÆt däc thí
c) Ðp mÆt xiªn thí
a)H×nh
dọc thớ;
ngangh×nh
thớ; thøc
c) xiên
1.6 -b)
Nh÷ng
Ðp thớ
mÆt
- Ép mặt xiên thớ:
Cường độ R của nó phụ thuộc vào góc nghiêng .
Rcm ( )
Rcm
1 (
Rcm
Rcm (90)
(1-6)
1) sin
3
Biểu đồ ép mặt xiên thớ
H×nh 1.8 - Ðp mÆt xiªn thí
b. Trượt
Tuỳ theo vị trí của lực tác dụng đối với thớ gỗ, ta phân biệt các trường hợp chịu
trượt của gỗ như sau: cắt đứt thớ và trượt dọc thớ, trượt ngang thớ và trượt chéo thớ.
Khả năng chống cắt đứt thớ rất lớn; sự phá hoại này hầu như không xảy ra bao giờ
vì gỗ bị phá hoại trước về ép mặt hay uốn.
Hay gặp nhất là trượt dọc thớ và ngang thớ. Cường độ trượt dọc thớ khoảng 7-10
MPa; trượt ngang thớ khoảng một nửa trượt dọc thớ.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
a) C¾t ®øt thí
b) Tr-ît däc thí
c) Tr-ît ngang thí
d) Tr-ît chÐo thí
Các trường
hợpd¹ng
chịu tr-ît
trượt
H×nh
1.9 - C¸c
Kiểm tra trượt dọc thớ theo công thức:
T
R tbtr
A tr
(1-7)
Cường độ chịu trượt trung bình:
Rtrtb
Rtr ( )
l
1 tr
e
(1-8)
Trong đó: ltr- chiều dài mặt trượt;
e- cánh tay đòn của cặp lực trượt;
Rtr(α) - cường độ chịu trượt xiên thớ (góc α)
Cường độ chịu trượt Rtrtb tùy thuộc vào sự phân bố ứng suất nên chịu ảnh hưởng
bởi các yếu tố: loại trượt 1 phía hay 2 phía; tỉ số ltr/e ; có lực ép vuông góc hay không.
- Trượt một phía: không đều Rtb nhỏ.
Trượt hai phía: đều hơn Rtb lớn hơn.
- Tỷ số ltr / e giảm Rtb tăng và ngược lại.
Tuy nhiên ltr / e 3 để tránh tách thớ. Tốt nhất là ltr / e = 3 ~ 4.
- Có lực ép Rtb tăng và ngược lại.
- Trượt chéo thớ cường độ phụ thuộc vào góc và tương tự như ép mặt xiên thớ.
Góc càng nhỏ cường độ trượt càng lớn.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Q
Q
Q
Q
a) Tr-ît mét phÝa
b) Tr-ît hai phÝa
H×nh 1.10 - Tr-ît mét phÝa vµ tr-ît hai phÝa
Biểu đồ phân bố ứng suất trượt
M=Qe
Q
Q
Q
H×nh
1.11
- HiÖn
Hiện
tượng
tácht-îng
thớ t¸ch thí
Cường độ chịu trượt xiên thớ
Rtr ( )
Vì Rtr(90) =0,5 Rtr nên Rtr ( )
Rtr
R
1 ( tr 1) sin 3
Rtr 90)
Rtr
.
1 sin 3
(1-9)
(1-10)
4. Các nhân tô ảnh hưởng đến cường độ của gỗ
a. Ảnh hưởng của độ ẩm
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Độ ẩm của nước hấp phụ ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ của gỗ.
W tăng thì R giảm, E giảm.
Cường độ kéo dọc thớ ít thay đổi.
Các cường độ khác thay đổi khá nhiều: độ ẩm thay đổi 1% thì cường độ gỗ thay
đổi 3-5%.
Để so sánh cường độ của gỗ khi độ ẩm thay đổi, phải chuyển các chỉ tiêu cường độ
về cùng một độ ẩm thống nhất. Độ ẩm tiêu chuẩn quy định là 18%.
Với độ ẩm từ 7-22%, cường độ được chuyển về cường độ ẩm tiêu chuẩn theo công
thức:
18 w 1 (W 18)
(1-11)
w - cường độ tại độ ẩm W;
- hệ số điều chỉnh độ ẩm, bằng 0,05 với nén dọc thớ; 0,015 với kéo dọc thớ;
0,035 với nén ngang thớ; 0,04 với uốn tĩnh; 0,03 với trượt.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng gây ứng suất cục bộ, cường độ của gỗ giảm đi.
Theo thí nghiệm, khi nhiệt độ tăng từ 20 0 đến 50 0 , cường độ kéo giảm 15-20%; nén
giảm 20-40%.
Nhiệt độ tiêu chuẩn của gỗ là 20 0 .
Cường độ ở nhiệt độ T 0 C đưa về nhiệt độ tiêu chuẩn 20 0 C theo công thức:
2
20 T (T 20) (MN/m )
(1-12)
- hệ số điều chỉnh nhiệt độ, bằng 0,35 khi nén dọc thớ; 0,45 khi uốn; 0,40 khi
kéo dọc thớ; 0,04 khi trượt dọc thớ.
- Không dùng nhiệt độ quá 50 0
- Phải đổi theo độ ẩm trước rồi mới theo nhiệt độ sau.
c. Ảnh hưởng của tật bệnh
Các tật bệnh ảnh hưởng lớn nhất đên tính năng cơ học của gỗ: mắt cây, thớ nghiêng
và khe nứt.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Mắt cây là chỗ của cành cây đâm ra từ thân cây. Tại đó, thớ gỗ bị lượn vẹo, cấu tạo
biến đổi đột ngột, gây ra hiện tượng tập trung ứng suất lớn khi chịu tải.
Với cấu kiện chịu kéo, mắt gỗ bằng 1/4 cạnh thanh gỗ, cường độ còn 27%. Với cấu
kiện nén ít tai hại hơn, mắt gỗ bằng 1/3 cạnh thanh gỗ, cường độ còn 60-70%.
Gỗ cấp A mắt không quá 10% đường kính; cấp B không quá 30% đường kính.
Thớ nghiêng là tật khi các thớ không nằm theo phương trục dọc
của cây gỗ.
Mức độ vặn nghiêng được tính bằng độ nghiêng phần trăm của
thớ trên một khoảng chiều dài dọc thân cây.
Với độ nghiêng 12%, thớ nghiêng giảm cường độ kéo dọc còn
76%, cường độ uốn còn 90%.
H×nh 1.12 - Thí nghiªng
Khe nứt làm mất tính nguyên vẹn và giảm khả năng chịu lực của gỗ. Ngoài ra, vết
nứt còn tạo điều kiện cho hơi ẩm thâm nhập vào và làm mục bên trong lòng thanh gỗ.
Khe nứt ít ảnh hưởng đến cường độ kéo, nén dọc thớ chủ yếu trượt, kéo ngang thớ.
Mối. Mục. Mọt.(xem bài phòng mối mục, mọt, hà..)
d. Ảnh hưởng của khối lượng riêng:
Nói chung ρ càng lớn thì cường độ càng cao và càng khó mối, mọt, mục…
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
t 6. Phòng chống mục, mối mọt và phòng hà
1. Phòng mục
Mục là do nấm sinh trưởng trong gỗ và ăn gỗ, làm gỗ bị biến sắc, trở lên nhẹ xốp,
tính chất cơ học giảm nhiều và dần bị phá hoại.
Biện pháp: khử các điều kiện sinh trưởng của nấm hay dùng hoá chất để diệt nấm.
Cách đơn giản là sấy khô đến độ ẩm 18-20% và giữ không cho gỗ ẩm trở lại. Song nó
chỉ áp dụng với các kết cấu tại chỗ khô ráo, còn kết cấu ngoài trời, chôn trong đất thì
dùng phương pháp hoá chất.
2. Phòng mối, mọt
Mối mọt là các loại côn sống trùng trong gỗ, lấy gỗ làm thức ăn, do đó gỗ bị phá
hoại.
Biện pháp ngăn chặn:
+ Không cho mối xâm nhập: đầu cột và hố chôn cột cũng được trộn thuốc diệt mối
mọt
+ Diệt các tổ mối, bằng cách dùng các hoá chất.
3. Phòng hà
Hiện tượng này thường xảy ra tại các công trình nước mặn và nước lợ. Hiện tượng
này làm phá hoại nghiêm trọng gỗ của cầu bến tàu, thuyền phà.
Biện pháp:Thui cho lớp cháy sém thành một lớp than mỏng bọc ngoài, rồi định kỳ
vài tháng lại mang đi thui một lần (để diệt những hà đang đục phá gỗ).
Biện pháp hiệu quả nhất là ngâm tẩm gỗ bằng hoá chất.
4. Ngâm tẩm gỗ bằng hoá chất
a) Hóa chất
- Dùng thuốc muối vô cơ.
NaF: độc đối với nấm; không biến màu gỗ nhưng dễ bị cuốn trôi.
Na2SiF6: độc đối với mối mọt; ít tan, dùng với NaF.
CuSO4: chống hà, nấm; dễ tan, độc với cả người và côn trùng.
C6Cl5O4: diệt nấm, mối, mọt và hà.
- Thuốc dầu nhập khẩu
Crêozot: tẩm cho tà vẹt, công trình giao thông
Cao NaF (gồm bột NaF, nhựa đường, dầu hỏa): phòng mục
Thuốc đônalit U: trừ nấm.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Thuốc đônalit UA: trừ cả mối, mọt.
Đuôtex và hylotax gồm DDT và 666 trừ mối, mọt
Hylotax thêm penta clophenol trừ nấm, mốc.
- Thuốc dầu trong nước:LN1, LN2 tương tự đônalit phòng mục;BQG phòng mối,
mọt.
b) Cách ngâm tẩm:
Quét, phun thuốc lên mặt gỗ nhiều lần;
ngâm tẩm trong bể dung dịch thuốc để thuốc ngấm;
phun thuốc áp lực cao.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN
t 1. Nguyên lý và các số liệu tính toán kết cấu gỗ
I. Nguyên lý tính toán
-Tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn, gồm có 2 TTGH:
+ Trạng thái giới hạn I: tính toán theo khả năng chịu lực (bền, ổn định)
ΣNitc ni ≤ Φ (S,k,Rtc,m)
(2.1)
Trong đó
Nitc- nội lực do tại trọng tiêu chẩn thứ n;
ni-hệ số vượt tải tương ứng;
S- đặc trưng hình học tiết diện;
k- hệ số đồng nhất= k1.k2 (k1- do kích thước cấu kiện lớn hơn kích thước mẫu;
k2- do ảnh hưởng của khuyết tật)
Rtc-cường độ tiêu chuẩn;
m-hệ số điều kiện làm việc.
Rtt= Rtc.m.k là cường độ tính toán
+ Trạng thái giới hạn II: kiểm tra điều kiện sử dụng bình thường (độ võng, nứt, lún,
dao động,..)
Δ≤ f
(2.2)
Δ- biến dạng hoặc chuyển vị do tải trọng tiêu chuẩn gây ra;
f- biến dạng hoặc chuyển vị cho phép.
Khi tính toán theo TTGH thứ 2 luôn dùng tải trọng tiêu chuẩn.
Tính toán theo trạng thái giới hạn có xét đến sự tăng tải trọng, kích thước cấu kiện,
các khuyết tật và điều kiện làm việc nên phản ánh thực tế hơn, tận dụng khả năng chịu
lực và tiết kiệm vật liệu
II. Các số liệu tính toán
Trong việc tính toán bất cứ một loại kết cấu nào (gỗ, thép,..) ở từng loại công trình,
ngoài tải trọng tiêu chuẩn và hệ số vượt tải, hệ số điều kiện làm việc là những số liệu
cần thiết, thì cường độ tính toán của bản thân từng loại vật liệu là số liệu quan trọng
hàng đầu, gồm có:
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
+ Cường độ nén và ép dọc thớ.
+ Cường độ kéo dọc thớ.
+ Cường độ chịu uốn.
+ Cường độ chịu nén ngang thớ và ép mặt ngang thớ.
+ Cường độ trượt dọc thớ.
+ Cường độ ép mặt xiên thớ.
+ Cường độ chịu trượt xiên thớ.
Bảng 2.1 - Cường độ tính toán của gỗ
T
T
Trạng thái ứng suất
Ký hiệu
1
Nén và ép mặt dọc thớ
Rn , Rem
2
Kéo dọc thớ
Rk
3
Uốn
Ru
4
Ép mặt ngang thớ: ép
mặt cục bộ/ép mặt
toàn bộ (tức nén ngang
thớ)
5
Trượt
Nhóm gỗ
R90n
R90em
Rtr
*Các công thức quy đổi khác.
1. Cường độ ép mặt xiên thớ một góc .
Rem
Rem
R
1 em
1 sin 3
90
Rem
IV
V
VI
VII
IV
V
VI
VII
IV
V
VI
VII
IV
V
VI
VII
IV
V
VI
VII
Khi độ ẩm bằng
15%
18%
155
135
150
135
130
115
115
110
125
120
115
110
100
95
85
80
185
165
170
150
135
120
120
105
28/25
25/22
25
24
20/20
18/18
15/15
13/13
30
25
29
25
24
21
22
19
(2.3)
2. Cường độ trượt ngang thớ.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
Kết cấu gỗ
Rtr
2
3. Cường độ trượt chéo thớ một góc .
Rtr
Rtr
Rtr
1 90
1 sin 3
Rtr
Rtr90
(2.4)
(2.5)
4. Cường độ trượt trung bình. (Cụ thể xem bài 2 chương III).
Rtr
RtrTB
(2.6)
ltr
1
e
Bảng 2.2 - Hệ số điều kiện làm việc
T
T
1
2
3
4
Trạng thái
a) Ván và thanh có kích thước một cạnh của
tiết diện < 15cm
b) Ván và thanh có kích thước các cạnh của tiết
diện 15cm, khi tỷ số chiều cao và chiều rộng
tiết diện h / b 3,5
Uốn c) Gỗ tròn, không có rãnh cắt trong tiết diện
ngang tính toán
d) Cấu kiện tổ hợp, liên kết mềm.
- Dầm tổ hợp liên kết chốt đinh, nhịp L
4m, do hai thanh gỗ ghép lại
- Như trên nhưng do nhiều thanh ghép lại
e) Dầm tổ hợp liên kết chêm, do hai hay nhiều
thanh ghép lại
a) Cấu kiện không giảm yếu trong tiết diện tính
toán
Kéo
b) Tiết diện có giảm yếu trong tiết diện tính
toán
Nén và ép mặt (trong cấu kiện)
Trượt
Ký hiệu
Hệ số
1,0
1,15
mu
1,2
0,9
0,8
0,8
1,0
mk
0,8
mn, mem
mtr
1,0
1,0
* Mô đun đàn hồi.
Mô đun đàn hồi của gỗ là E = 105 kG/cm2.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------Kết cấu gỗ
Chu Thị Hoàng Anh
