Xem mẫu

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH CƠ XÂY DỰNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG Trình độ: Cao đẳng (Ban hành theo Quyết định số: 568 /QĐ-CĐN ngày 21tháng 5 năm 20 18 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) Năm ban hành: 2020 1
  2. LỜI GIỚI THIỆU Môn học Cơ xây dựng là một trong những môn học cơ sở trong chương trình đào tạo nghề kỹ thuật xây dựng của tất cả các cơ sở dạy nghề trên toàn quốc, trong đó có trường cao đẳng nghề An Giang. Để thực hiện tốt chương trình đào tạo đã được BGH trường Cao đẳng nghề An Giang phê duyệt. Đồng thời, nhằm giúp cho sinh viên có tài liệu để dễ dàng cho việc học tập. Tập thể khoa Xây dựng cùng tác giả đã biên soạn tài liệu Cơ xây dựng. Đây là tài liệu được biên soạn trên cơ sở Chương trình chi tiết của môn học và tổng hợp các kiến thức cũng như kinh nghiệm giảng dạy của tác giả nhằm mang tính cô đọng, dễ hiểu, phù hợp với yêu cầu và trình độ đào tạo Giáo trình này đề cập đến một số nội dung chính sau: - Chương 1: Các khái niệm cơ bản về cơ học và sức bền vật liệu - Chương 2: Đặc trưng hình học của tiết diện - Chương 3: Kéo (nén) đúng tâm - Chương 4: Uốn ngang phẳng - Chương 5: Dàn tĩnh định Mặc dù đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, tác giả mong nhận được những góp ý cả về nội dung lẫn hình thức của bạn đọc để tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn. An Giang, ngày 5 tháng 2 năm 2020 GV Biên soạn Nguyễn Thị Cát Tường 2
  3. MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời giới thiệu 1 Mục lục 2 CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC VÀ SỨC BỀN VẬT LIỆU I/ Các khái niệm về cơ học 4 II/ Các khái niệm về sức bền vật liệu 6 Câu hỏi và bài tập 7 CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN I/ Khái niệm. 8 II/ Mô men tĩnh của hình phẳng 8 III/ Mô men quán tính của hình phẳng 9 Bài tập 11 Câu hỏi và bài tập 14 CHƯƠNG 3: KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM I/ Khái niệm về kéo (nén). 16 II/ Lực dọc và biểu đồ lực dọc. 17 III/ Thí nghiệm kéo (nén) vật liệu 19 Bài tập 22 Câu hỏi và bài tập 23 CHƯƠNG 4: UỐN NGANG PHẲNG I/ Khái niệm 25 II/ Nội lực trong dầm chịu uốn 26 III/ Điều kiện cường độ, ba bài toán cơ bản 35 Bài tập 37 Câu hỏi và bài tập CHƯƠNG 5: DÀN TĨNH ĐỊNH I/ Khái niệm, cấu tạo 38 3
  4. II/ Tìm nội lực theo phương pháp tách nút 40 III/ Tìm nội lực theo phương pháp mặt cắt 40 Câu hỏi và bài tập 42 Tài liệu tham khảo 46 Phụ lục 47 4
  5. CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC VÀ SỨC BỀN VẬT LIỆU Mục tiêu: - Nêu được các khái niệm cơ bản về Cơ học - Trình bày được nội dung phương pháp mặt cắt Nội dung chính: I/ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC 1/ Lực và trạng thái cân bằng của lực a/ Định nghĩa lực : Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng tương hỗ giữa các vật mà kết quả là gây nên sự thay đổi trạng thái động học của các vật đó b/ Các yếu tố của lực : - Điểm đặt : Đặt trên vật mà tại đó lực tác dụng vào vật - Phương của lực : Biểu thị phương chuyển động mà lực gây ra cho lực, còn gọi là giá của lực - Chiều của lực : Đặc trưng cho chiều chuyển động của vật do lực gây ra - Độ lớn của lực : đơn vị là N ( hoặc KN,..) c/ Biểu diễn lực : theo vector có điểm đặt tại điểm đặt của lực, có phương là phương của lực, có chiều là chiều của lực và có độ lớn lấy theo đơn vị lực d/ Trạng thái cân bằng của lực : Một hệ lực tác dụng lên một vật rắn mà không làm thay đổi trạng thái chuyển động của vật thì gọi là hệ lực cân bằng 2/ Hình chiếu của lực lên hệ trục tọa độ a/ Cho lực F, hợp với phương OX 1 góc , tìm hình chiếu của lực trên 2 trục Ox, Oy ( hình 1.1) Fx = ±F.cos ( N ) Fy = ±F.sin ( N ) y Fy F  Fx x O Hình 1.1 5
  6. - Mang dấu (+) khi đi từ điểm chiếu của gốc đến điểm chiếu của mút cùng chiều dương của trục - Mang dấu (–) trong trường hợp ngược lại Ví dụ 1: cho lực F có trị số =10N, hợp với phương Ox 1 góc = 300, tìm Fx, Fy và vẽ hình Giải: 3 Fx  F cos 30 0  10  5 3 N 2 1 Fy  F sin 30 0  10  5 N 2 Ví dụ 2: Cho Fx = 10N, Fy=-20N. Tìm lực F và vẽ hình Có Fx, Fy tìm ngược lại F  Fx2  Fy2 Giải: F  10 2  20 2  500  10 5 N 3/ Momen của lực đối với 1điểm a/ Định nghĩa : momen của lực đối với 1 điểm là tích số giữa trị số của lực với cánh tay đòn của lực đối với điểm đó M O ( F )   F .a O: tâm của momen a : cánh tay đòn của lực + Mang dấu (+) khi lực F có xu hướng làm vật quay quanh O ngược chiều kim đồng hồ + Mang dấu (-) ngược lại - Đơn vị của momen N.m [Lực.chiều dài] F a o P1=10N P2=30N A B Hình 1.2 b/ Ví dụ Cho tính momen tại điểm 2m A và B của 4m hệ sau (hình 2m 1.3) Hình 1.3 Giải: M A  2 P1  6 P2  2.10  6.30  200 Nm 6
  7. II/ CÁC KHÁI NIỆM VỀ SỨC BỀN VẬT LIỆU 1/ Các giả thuyết đối với môn sức bền vật liệu a/ Giả thuyết 1 : Vật liệu có tính liên tục, đồng chất và đẳng hướng b/ Giả thuyết 2 : Giả thuyết vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi và tính đàn hồi của vật liệu được xem là tuyệt đối c/ Giả thuyết 3 : Biến dạng của vật thể do ngoại lực gây ra được xem là bé 2/ Các khái niệm về nội lực, ngoại lực a/ Khái niệm - Ngoại lực : ngoại lực bao gồm lực tác dụng từ bên ngoài và phản lực liên kết Phân loại theo cách tác dụng của ngoại lực : lực tập trung và lực phân bố + Lực tập trung : là lực tác dụng trên một diện tích nhỏ + Lực phân bố : là lực tác dụng trên một chiều dài hay một diện tích Ví dụ trọng lượng bản thân dầm phân bố trên chiều dài dầm, đơn vị là N/m Ví dụ trọng lượng bản thân sàn phân bố trên chiều dài sàn, đơn vị là N/m2 Phân loại theo tính chất tác dụng : có tải trọng tĩnh và tải trọng động + Nội lực Trong vật thể có các lực liên kết của các phần tử, khi có ngoại lực tác dụng, lực liên kết này tăng lên để chống lại ngoại lực đó, độ tăng đó được gọi là nội lực Như vậy : “nội lực chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng’’ b/ Phương pháp mặt cắt Để xét các thành phần nội lực, ta sử dụng phương pháp mặt cắt Tưởng tượng dùng mặt phẳng cắt, cắt ngang vật thể, xuất hiện 6 thành phần nội lực Lực dọc : Nz Lực cắt : Qx,Qy Momen uốn : Mx,My Momen xoắn : Mz Do chỉ xét trong mặt phẳng của lực tác dụng nên chỉ xét 3 thành phần nội lực Nz, Mx, Qy Câu hỏi ôn tập, bài tập: 1/ Nội lực là gì? Ngoại lực là gì? Khi nào xuất hiện nội lực trong kết cấu. 2/ Phản lực có phải là ngoại lực không? Tại sao 3/ Mô men của lực đối với một điểm? Cách xác định? Quy ước dấu âm, dương? 7
  8. CHƯƠNG 2 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN Mục tiêu: - Xác định được hệ trục quán tính chính trung tâm của hình phẳng - Tính toán được mô men quán tính của hình phẳng Nội dung chính: I/ KHÁI NIỆM - Đặc trưng hình học gồm : tiết diện, momen tĩnh, momen quán tính, mo đun chống cắt P P X (a)x Z (b) Z Y Y Hình 2.1 (Phân tích khả năng chịu lực của 2 hình trên) II/ MOMEN TĨNH CỦA HÌNH PHẲNG - Momen tĩnh của hình phẳng có diện tích F đối với trục X, ký hiệu Sx - Momen tĩnh của hình phẳng có diện tích F đối với trục Y, ký hiệu Sx F  Sx  y.dF  yc .F    Sy   x.dF  xc .F  F , đơn vị của Sx, Sy là [chiều dài]3, thường là m3, cm3 Trong đó, xc, yc là tọa độ trọng tâm C của hình phẳng ( có mang dấu) Từ công thức trên, suy ra tọa độ trọng tâm  SX  yc  F   x  SY  c F , đơn vị là cm, m Chú ý : khi hình phẳng có dạng phức tạp, có thể chia hình ra nhiều hình đơn giản sau đó lấy tổng giá trị đại số của các hình 8
  9. III/ CÁC MOMEN QUÁN TÍNH CỦA HÌNH PHẲNG 1/ Các định nghĩa về momen quán tính - Momen quán tính của hỉình phẳng có diện tích F đối với trục Ox là Jx - Momen quán tính của hình phẳng có diện tích F đối với trục Ox là Jx - Momen quán tính ly tâm của hình phẳng có diện tích F là Jxy Có :   J X   y .dF 2   JY   x .dF  F 2   XY  F  J  xy.dF  F đơn vị tính là [chiều dài]4, thường là m4, cm4 Chú ý : khi hình phẳng có dạng phức tạp, có thể chia hình ra nhiều hình đơn giản sau đó lấy tổng giá trị đại số của các hình 2/ Trục quán tính chính trung tâm - Hệ trục quán tính chính ( hay gọi là hệ trục chính ) là hệ trục có Jxy =0 - Hệ trục chính có gốc trùng với trọng tâm C của hình phẳng là hệ trục quán tính chính trung tâm  J XY  0 Có :   S X  SY  0 - Momen quán tính của hình phẳng đối với trục quan tính chính trung tâm gọi là momen quán tính chính trung tâm. 3/ Momen quán tính của một số hình đơn giản a/ Hình chữ nhật Cho hình chữ nhật có cạnh bxh, có XCY là trục quán tính chính trung tâm ( hình 2.2) y dF h/ 2 x dy h Hình 2.2 h/ 2 b 9
  10.   X   y3 b h3  h3 bh3 h/2 J  y 2 .dF  y 2 .b .dy  b. h / 2 .dy  (  ) 3 3 8 8 12 h / 2  F h / 2   Y   hb3 h/2 J  x 2 .dF  x 2 .b .dy   12  J XY   xy.dF  0 F h / 2   F b/ Hình tam giác: (hình 2.3) y dy 2/ 3h x h C 3h 1 b Hình 2.3 bh3 Tương tự tính được J X  36 c/ Hình tròn: (hình 2.4) y x c D Hình 2.4  R4 Tương tự có J X  JY   0.05 D 4 4 4/ Momen quán tính với các trục song song - Gọi trục XCY là trục quán tính chính trung tâm của hình 10
  11. - Tìm momen quán trính của hình phẳng đối với trục X1OY1 bất kỳ (hình 2.5) y1 y b c x a x1 o - Có công thức chuyển trục J X 1  J X  a2F J Y1  J Y  b 2 F 11
  12. BÀI TẬP Cho tiết diện chữ I như hình vẽ: 1/ Tìm trọng tâm của hình, chọn hệ trục trung tâm của hình I làm chuẩn. 2/ Tính Jx, Jy của toàn hình so với hệ trục quán tính chính trung tâm Bài giải: 1. Chọn X1C1Y1 làm hệ trục chuẩn Chia hình thành 3 hình I,II,III 12
  13. S X  S XI  S XII  S XIII S XI  0 S XII  y 2 c .F2  3.(2.3)  18cm 3 S XIII  S XII  18cm 3  S X  0  18  18  36cm 3 S Y  S YI  S YII  S YIII S YI  0 S YII  x 2 c .F2  2.(2.3)  12cm 3 S YIII  x3c .F3  2.(2.3)  12cm 3  S Y  0  12  12  0 SY XC  0 F S  36  36  36 YC  X     1,2cm F F1  F2  F3 3.6  3.2  3.2 30 0,25 Vậy trọng tâm của hình có tọa độ CX cách trục C1X1 1.2cm về phiá dưới, có trục CY trùng với trục C1Y1 2. Tính Jx, Jy 13
  14. J X  J XI  J XII  J XIII bh 3 J XI   a12 .F1 12 b  6cm h  3cm a1  1,2cm F1  3.6  18cm 2 6.33  J XI   1,2 2.18  39,42cm 4 12 bh 3 J XII   a 22 .F2 12 b  2cm h  3cm a 2  1,8cm F2  3.2  6cm 2 2.33  J XII   1,8 2.6  23,94cm 4 12 J XIII  J XII  23,94cm 4  J X  39,42  23,94  23,94  87.3cm 4 J Y  J YI  J YII  J YIII hb 3 J YI   b12 .F1 12 b  6cm h  3cm b1  0 F1  3.6  18cm 2 3.6 3  J YI   54cm 4 12 hb 3 J YII   b22 .F2 12 b  2cm h  3cm b2  2cm F2  3.2  6cm 2 3.2 3  J YII   2 2.6  26cm 4 12 J YIII  J YII  26cm 4  J Y  54  26  26  106cm 4 14
  15. Câu hỏi ôn tập, bài tập: 1/ Phân biệt mô men tĩnh và mô men quán tính? 2/ Công thức chuyển trục song song? 3/ Cho một dầm Bêtông cốt thép có tiết diện mặt cắt ngang chữ T, kích thước như hình vẽ a) Xác định trọng tâm của mặt cắt? Từ đó chỉ ra hệ trục quán tính chính trung tâm? b) Tính các mô men quán tính chính trung tâm Jx , Jy của mặt cắt. 4/ Cho dầm có tiết diện mặt cắt ngang như hình vẽ a) Xác định trọng tâm của mặt cắt? Từ đó chỉ ra hệ trục quán tính chính trung tâm? b) Tính các mô men quán tính chính trung tâm Jx , Jy của mặt cắt. 15
  16. CHƯƠNG 3 KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM Mục tiêu: - Tính toán và vẽ được biểu đồ lực dọc khi thanh chịu kéo (nén) đúng tâm - Trình bày được thí nghiệm kéo (nén) vật liệu Nội dung chính: I/ KHÁI NIỆM 1/ Khái niệm về kéo (nén) đúng tâm Khi tác dụng vào đầu thanh 2 lực song song ngược chiều, có phương trùng với phương của trục thanh, và có trị số giống nhau ta sẽ có - Thanh chịu nén đúng tâm( hình 3.1) P P Hình 3.1 - Thanh chịu kéo đúng tâm( hình 3.2) P P Hình 3.2 2/ Ứng suất trên mặt cắt ngang - Làm thí nghiệm, kết luận : + Các mặt cắt của thanh vẫn phẳng và vuông góc với trục thanh + Các thớ dọc của thanh vẫn thẳng và song song với trục thanh  Nội lực phân bố trên mc phải có phương song song với trục thanh, tức là vuông góc với mặt cắt. Vậy trên mặt cắt của thanh chịu kéo(nén) chỉ có ứng suất pháp  N   , (daN/m2 ) F Mang dấu (-) khi thanh chịu nén Mang dấu (+) khi thanh chịu kéo 3/ Biến dạng - Biến dạng dọc tuyệt đối l  l1  l , (mm) L1 là chiều dài sau khi biến dạng L : chiều dài thực l  0 , thanh dài ra, gọi là độ dãn dọc tuyệt đối l  0 , thanh ngắn lại, gọi là độ co dọc tuyệt đối Công thức tính l Nl l  , (mm) EF 16
  17. N : lực dọc , E : mo đun đàn hồi khi kéo(nén) EF : độ cứng khi kéo(nén) đúng tâm Nếu thanh có độ cứng lớn thì biến dạng nhỏ và ngược lại - Biến dạng dọc tương đối l N   , (mm) l EF II/ LỰC DỌC VÀ BIỂU ĐỒ LỰC DỌC. 1/ Cách tính lực dọc - Để tính lực dọc, dùng phương pháp mặt cắt (hình 3.3) 1 P A B P 1 1 P A N 1 Hình 3.3 - Xét cân bằng phần A Z  0 N  P  0 N  P - Quy ước dấu của lực dọc + Dấu (+) khi hướng ra ngoài mặt cắt ( kéo) + Dấu (-) khi hướng vào mặt cắt (nén) 2/ Cách vẽ biểu đồ - Để biểu thị sự biến thiên của lực dọc tại các mặt cắt dọc theo trục thanh, ta vẽ một đồ thị gọi là biểu đồ lực dọc N - Trình tự vẽ biểu đồ lực dọc + Lấy 1 trục chuẩn song song với trục thanh, có chiều dài bằng chiều dài trục thanh + Trên trục chuẩn đặt các đường vuông góc, có độ dài = trị số lực dọc tại vị trí mặt cắt đó ( trị số theo tỉ xích ) 3/ Ví dụ tính toán Cho thanh thép tròn có gồm 2 đường kính khác nhau chịu các tải trong P như hình vẽ. a) Vẽ biểu đồ lực dọc N. b) Tính ứng suất trong thanh? Biết F1 = 2cm2; F2 = 4cm2;P1 = 10KN; P2 = 30KN; P3 = 50KN; Bỏ qua trọng lượng riêng của thanh. Bài giải: 17
  18. a) Vẽ biểu đồ lực dọc N. - Xét mặt cắt 1 – 1: Z  N 1  P1  0  N1  P1  10KN - Xét mặt cắt 2 – 2: Z  N 2  P1  P2  0  N 1  P1  P2  20 KN - Xét mặt cắt 3 – 3: Z  N 2  P1  P2  P3  0  N1  P1  P2  P3  30 KN - Biểu đồ lực dọc: b) Tính ứng suất trong thanh. N1 10 1    5 KN / cm 2  50 MN / m 2 F1 2 N 2  20 2    10 KN / cm 2  100 MN / m 2 F1 2 N 30 3  3   7.5 KN / cm 2  75MN / m 2 F2 4 III/ THÍ NGHIỆM KÉO (NÉN) VẬT LIỆU 1/ Khái niệm - Để biết rõ tính chất cơ học của vật liệu, người ta đem thí nghiệm, nghiên cứu những hiện tượng xảy ra trong quá trình biến dạng của nó cho tới khi bị phá hỏng. - Trong điều kiện thông thường phần thành 2 loại vật liệu : vật liệu dẻo như thép, đồng, nhôm…vật liệu giòn như gang, đá, bê tông Chỉ xét thí nghiệm vật liệu dẻo 2/ Thí nghiệm kéo vật liệu dẻo 18
  19. - Thí nghiệm kéo thép có hình dạng như hình 3.5 l=200 20 35 220 340 390 Hình 3.5 - Gọi l là chiều dài làm việc của mẫu - Đặt mẫu vào máy kéo rồi cho tăng dần trị số từ 0 lên, ta thấy chiều dài thanh tăng dần lên, chiều ngang hẹp bớt cho đến khi P đạt cực đại - Biểu đồ kéo của vật liệu ( hình 3.6) + Trục hoành biểu diễn trị số l, là trị p pb D số biến dạng của vật liệu + Trục tung biểu diễn trị số lực kéo P + Thí nghiệm trải qua 3 giai đoạn pd E pc h B ptl A C chính Hình 3.6 o a/ Giai đoạn thứ nhất: vật liệu có tính chất đàn hồi và tuân theo định luật Hook - Giai đoạn này được gọi là giai đoạn tỉ lệ, trên đồ thị là đoạn OA, lực đạt tới Ptl Ptl  tl  , (daN/m2) F0  tl : gọi là giới hạn tỉ lệ Ptl : là lực lớn nhất ở giai đoạn tỉ lệ F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm b/ Giai đoạn thứ hai : giai đoạn chảy dẻo - Giai đoạn AB – thường rất ngắn nên được bỏ qua không khảo sát, sau giai đoạn này từ điểm B đồ thị có đoạn nằm ngang BC. Lúc này biến dạng của thanh tăng lên rõ rệt nhưng lực không tăng. Pch  ch   ch : gọi là giới hạn chảy F0 Pch : là lực bắt đầu làm cho vật chảy dẻo F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm c/ Giai đoạn thứ ba : giai đoạn củng cố 19
  20. - Vật liệu tự củng cố để chống lại biến dạng, khi lực đạt đến trị số cực đại Pb (P bền) thì có một chỗ nào đó trên mẫu thử bị thắt lại, sau đó lực P giảm xuống dần nhưng biến dạng vẫn tăng, cho đến lúc lực P giảm đến trị số Pđ (P đứt) thì thanh bị đứt chỗ thắt. Pb b  , (daN/m2) F0  b : gọi là giới hạn bền Pb : là lực bắt đầu làm cho vật liệu thắt lại F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm 3/ Thí nghiệm nén vật liệu dẻo: (Hình 3.7) p pc h B ptl A o Hình 3.7 - Mẫu thí nghiệm có dạng trụ tròn, có chiềucao lớn hơn đường kính một tí - Nhận xét + Không có giới hạn bền chỉ có giới hạn tỉ lệ và giới hạn chảy dẻo +Đối với vật liệu dẻo giới hạn chảy, giới hạn tỉ lệ của quá trình kéo và nén sắp xỉ nhau BÀI TẬP Dọc theo trục thanh của một thanh thép tròn gồm 3 đoạn có đường kính khác nhau. Các lực P1= 10KN, P2= 20KN và P3= 30KN tác dụng dọc theo trục thanh như hình vẽ. Biết F1= 2 cm2, F2= 4 cm2 và F3= 6 cm2. a) Vẽ biểu đồ lực dọc của thanh thép. b) Tính ứng suất trong các đoạn thanh. c) Kiểm tra cường độ ứng suất trong thanh. Biết [ ]  160 MN / m 2 . Khi tính toán bỏ qua trọng lượng thanh. Bài giải: a). Vẽ biểu đồ lực dọc N. 20
nguon tai.lieu . vn